【正文】 臨界失步點(diǎn)也稱(chēng)為等無(wú)功點(diǎn) 。 此時(shí)機(jī)端的測(cè)量阻抗為 : ssff jXWUIUZ ??? ???2? ?ss jXWjQPjQPQjU ??????? ?22ss jXjQPjQPQjU ??????????????? 122? ? sjs jXeQjU ????? ?2212將 代入并化簡(jiǎn)后可得： Q= ?XUS2?? ? sjsdf jXejXXZ ???? ?212sjsdsd jXeXXjjXXj ?????? ?222?222jsdsd eXXjjXXj ?????由 （ 730） 式可知 ， 發(fā)電機(jī)在輸出不同的有功功率 P而臨界失步時(shí) ， 其無(wú)功功率 Q恒為常數(shù) 。 因此 ， 在 （ 731） 式中 ， φ為變數(shù) ， 也是一個(gè)圓的方程 ， 圓心 0’ 的坐標(biāo)為（ 0， ） ， 圓的半徑為 。 這個(gè)圓稱(chēng)為臨界失 步阻抗圓 ， 也稱(chēng)等無(wú)功阻抗圓 。 其圓周為發(fā)電機(jī)以不同的有功功率 P臨界失步時(shí) ， 機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡 ， 圓內(nèi)為失步區(qū) 。 2 sdXX ?? 2 sd XX ?3． 失步后的異步運(yùn)行階段 失步后的異步運(yùn)行階段可用圖 723所示的等效電路來(lái)表示 ， 此時(shí)按圖 724所規(guī)定的電流正方向 ， 機(jī)端測(cè)量阻抗應(yīng)為 ? ?????????????????????????22221XXjSRjXSRjXjXZadadf當(dāng) 發(fā) 電 機(jī) 空 載 運(yùn) 行 失 磁 時(shí) ， S≈0， ≈∞， 此時(shí)機(jī)端的測(cè)量阻抗為最大 SR2當(dāng)發(fā)電機(jī)在其他運(yùn)行方式下失磁時(shí) ， Zf將隨著轉(zhuǎn)差率的增大而減小 ， 并位于第四象限內(nèi) 。 極限情況是當(dāng) ff→∞ 時(shí) S→ ∞， 趨近于零 ， Zf的數(shù)值為最?。? SR239。dadadf jXXXXXXjZ ??????????????221綜上所述 ， 當(dāng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)失磁前在過(guò)激狀態(tài)下運(yùn)行時(shí) ， 其機(jī)端測(cè)量阻抗位于復(fù)數(shù)平面的第一象限 （ 如圖 727中的 a或 a’點(diǎn) ） ， 失磁以后 ， 測(cè)量阻抗沿等有功阻抗圓向第四象限移動(dòng) 。 當(dāng)它與臨界步圓相交時(shí) （ b或 b’點(diǎn) ） ， 表時(shí)機(jī)組運(yùn)行處于靜穩(wěn)定的極限 。 越過(guò) b（ 或 b’） 點(diǎn)以后 ， 轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行 ， 最后穩(wěn)定運(yùn)行于 c（ 或 c’） 點(diǎn) ， 此時(shí)平均異步功率與調(diào)節(jié)后的原動(dòng)機(jī)輸入功率相平衡 。 三 、 發(fā)電機(jī)在其它運(yùn)行方式下的機(jī)端測(cè)量阻抗 為了便于和失磁情況下的機(jī)端測(cè)量阻抗（ 如圖 728中的 4點(diǎn) ） 進(jìn)行鑒別和比較 ，現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)在下列幾種運(yùn)行情況下的機(jī)端測(cè)量阻抗簡(jiǎn)要說(shuō)明如下 。 1． 發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗 當(dāng)發(fā)電機(jī)向外輸送有功和無(wú)功功率時(shí) ， 其機(jī)端測(cè)量阻抗 Zf位于第一象限 ， 如圖 728中的 1點(diǎn)所示 ， 它與 R軸的夾角 φ 為發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)的功率因數(shù)角 。 當(dāng)發(fā)電機(jī)只輸出有功功率時(shí) ， 測(cè)量阻抗位于 R軸上的 2點(diǎn) 。 當(dāng)發(fā)電機(jī)欠激運(yùn)行時(shí) ， 它向外輸送有功 ， 同時(shí)從電網(wǎng)吸收一部分無(wú)功功率 （ Q值變?yōu)樨?fù) ） ， 但仍保持同步并列運(yùn)行 ， 此時(shí) ， 測(cè)量阻抗位于第四象限的 3點(diǎn) 。 2． 發(fā)電機(jī)外部故障時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗 當(dāng)采用 0186。接線(xiàn)方式時(shí) ， 故障相測(cè)量阻抗位于第一象限 ， 其大小和相位正比于短路點(diǎn)到保護(hù)安裝地點(diǎn)之間的阻抗 Zd， 如圖 728中的 5點(diǎn) 。 如繼電器接于非故障相 ， 則測(cè)量阻抗的大小和相位需經(jīng)具體分析后確定 。 3． 發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗 根據(jù)圖 724的等值電路 ， 當(dāng)認(rèn)為 Ed≈US時(shí) ， 振蕩中心位于 X∑處 。 當(dāng) XS≈0時(shí) ， 振蕩中心即位于 Xd’處 ， 此時(shí)機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡沿直線(xiàn) 00’ 變化 ，如圖 729所示 ， 當(dāng) δ=180186。時(shí) ， 測(cè)量阻抗的最小值為 df XjZ 21??4． 發(fā)電機(jī)自同步并列時(shí)的機(jī)端測(cè)量阻抗 在發(fā)電機(jī)接近于額定轉(zhuǎn)速 ， 不加勵(lì)磁而投入斷路器的瞬間 ， 與發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)發(fā)生失磁的情況實(shí)質(zhì)上是一樣的 。 但由于自同步并列的方式是在斷路器投入后立即給發(fā)電機(jī)加上勵(lì)磁 ， 因此 ， 發(fā)電機(jī)無(wú)勵(lì)磁運(yùn)行的時(shí)間極短 。 對(duì)此情況 ， 應(yīng)該采取措施防止失磁保護(hù)的誤動(dòng)作 。 四 、 失磁保護(hù)的構(gòu)成方式 失磁保護(hù)應(yīng)能正確反應(yīng)發(fā)電機(jī)的失磁故障 ， 而在發(fā)電機(jī)外部故障 、 電力系統(tǒng)振蕩 、 發(fā)電機(jī)自同步并列以及發(fā)電機(jī)低勵(lì)磁 （ 同步 ） 運(yùn)行時(shí)不誤動(dòng)作 。 器 過(guò)去發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)都是采用這種方式 。但實(shí)際上發(fā)電機(jī)失磁并不都是由于自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)跳開(kāi)而引起的 ， 特別是當(dāng)采用半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)時(shí) ， 由于半導(dǎo)體元件或回路的故障而引起發(fā)電機(jī)失磁是可能的 ， 而在這種情況下保護(hù)將不能動(dòng)作 。 因此這種保護(hù)方式一般用于容量在 100MW以下帶直流勵(lì)磁機(jī)的水輪發(fā)電機(jī)以及不允許失磁運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)上 。 2． 利用失磁后發(fā)電機(jī)定子各參數(shù)變化的特點(diǎn)構(gòu)成失磁保護(hù) 這種方式的保護(hù)所反應(yīng)的發(fā)電機(jī)定子參數(shù)的變化如： 機(jī)端測(cè)量阻抗由第一象限進(jìn)入第四象限 ， 無(wú)功功率改變方向 ， 機(jī)端電壓下降 ， 功角 δ 增大 ， 勵(lì)磁電壓降低等 。 目前對(duì)容量在 100MW及以上的發(fā)電機(jī)和采用半導(dǎo)體勵(lì)磁的發(fā)電機(jī) ， 普遍增設(shè)了這種方式的保護(hù) 。 （ 1） 圖 730所示為汽輪發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)裝置 （ 動(dòng)作于跳閘 ） 的一種構(gòu)成方式 。 圖中阻抗元件 Z是失磁故障的主要判別元件 ， 可按臨界失步阻抗圓進(jìn)行整定；母線(xiàn)低電壓元件 （ Uf） 用以監(jiān)視母線(xiàn)電壓 ， 按保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行所允許的最低電壓整定 ， 是失磁故障的另一個(gè)主要判別元件；勵(lì)磁低電壓元件 （ Ufd） 用作閉鎖元件 ， 一般按躲開(kāi)空載運(yùn)行時(shí)的最低勵(lì)磁電壓整定 ， 但應(yīng)考慮在滿(mǎn)載運(yùn)行情況下部分失磁時(shí) ， 繼電器可能拒動(dòng) 。 當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁時(shí) ， 阻抗元件和勵(lì)磁低電壓元件動(dòng)作 ， 起動(dòng)與 2門(mén) ， 立即發(fā)電機(jī)已失步的信號(hào) ， 并經(jīng) t2延時(shí)后 ， 通過(guò)或門(mén)動(dòng)作于跳閘 。 延時(shí) t2用以躲開(kāi)振蕩過(guò)程中的短時(shí)間電壓降低或自同步并列時(shí)的影響 ， 一般取為 ～ 1s。 由于有 Ufd元件的閉鎖 ， 因此在短路故障以及電壓互感器回路斷線(xiàn)時(shí) ， 與 1和與 2都不可能起動(dòng) ， 因而保護(hù)裝置不會(huì)誤動(dòng)作 。 當(dāng)電壓互感器回路斷線(xiàn)時(shí) ， Uf或 Z誤動(dòng)作后 ， 均可發(fā)出電壓回路斷線(xiàn)信號(hào) 。 當(dāng)勵(lì)磁回路電壓降低時(shí) ， Ufd動(dòng)作 ， 發(fā)出信號(hào) 。 （ 2） 圖 731所示為一種新型的 、 整定值能自動(dòng)隨有功功率P變化的轉(zhuǎn)子低電壓失磁繼電器 （ 簡(jiǎn)稱(chēng) ULP繼電器 ） 作主要判據(jù)而構(gòu)成失磁保護(hù)的方案 。 ULP繼電器的主要特點(diǎn)是它的整定值隨著發(fā)電機(jī)有功功率的增大而增大 ， 從而可以靈敏地反應(yīng)發(fā)電機(jī)在各種負(fù)荷狀態(tài)下的失磁故障 ， 當(dāng)失磁后勵(lì)磁電壓降低到整定值時(shí) （ 此時(shí)尚未失步 ， 而是預(yù)告了必須要失步 ） ， 它可以比靜穩(wěn)邊界提前約 1s的時(shí)間動(dòng)作 ， 使發(fā)電機(jī)減載 ， 從而更容易獲得減載的效益 ， 例如恢復(fù)同步或者進(jìn)入較小轉(zhuǎn)差率下的異步運(yùn)行 。 繼電器動(dòng)作后 ， 經(jīng) t1延時(shí) 。 當(dāng)達(dá)到靜穩(wěn)邊界時(shí) ， 反應(yīng)定子判據(jù)的阻抗元件 Z動(dòng)作 、 兩者組成與門(mén)后可使發(fā)電機(jī)跳閘 。 在發(fā)電機(jī)失磁 、 δ 越過(guò) 180186。之后 ， 保護(hù)裝置可靠動(dòng)作 ， 增設(shè)了 t2延時(shí)返回 （ 或記憶 ） 的電路 。 第七章習(xí)題 發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)哪些反應(yīng)故障的保護(hù)？ 發(fā)電機(jī)可能發(fā)生哪些不正常工作狀態(tài)？ 反應(yīng)零序電壓的定子繞組單相接地保護(hù)為什么有死區(qū)？如何提高保護(hù)的靈敏性，減少死區(qū)？ 單繼電器橫差保護(hù)用在什么樣的發(fā)電機(jī)上？試說(shuō)明其工作原理，它能否反應(yīng)定子繞組相間短路？ 對(duì)大容量機(jī)組為什么應(yīng)裝設(shè)能反應(yīng) 100%定子繞組的接地保護(hù)？雙頻式保護(hù)是如何實(shí)現(xiàn) 100%保護(hù)范圍的？ 有哪些判據(jù)可反應(yīng)發(fā)電機(jī)的失磁運(yùn)行？發(fā)電機(jī)失磁后將產(chǎn)生哪些危害？這些危害主要發(fā)生在異步運(yùn)行前還是異步運(yùn)行后？ 發(fā)電機(jī) — 變壓器組中發(fā)電機(jī)單機(jī)接地保護(hù)有何特點(diǎn)？一般采用什么原理的保護(hù)方式？