【正文】 臨界失步點也稱為等無功點 。 此時機端的測量阻抗為 : ssff jXWUIUZ ??? ???2? ?ss jXWjQPjQPQjU ??????? ?22ss jXjQPjQPQjU ??????????????? 122? ? sjs jXeQjU ????? ?2212將 代入并化簡后可得： Q= ?XUS2?? ? sjsdf jXejXXZ ???? ?212sjsdsd jXeXXjjXXj ?????? ?222?222jsdsd eXXjjXXj ?????由 （ 730） 式可知 ， 發(fā)電機在輸出不同的有功功率 P而臨界失步時 ， 其無功功率 Q恒為常數(shù) 。 因此 ， 在 （ 731） 式中 ， φ為變數(shù) ， 也是一個圓的方程 ， 圓心 0’ 的坐標為（ 0， ） ， 圓的半徑為 。 這個圓稱為臨界失 步阻抗圓 ， 也稱等無功阻抗圓 。 其圓周為發(fā)電機以不同的有功功率 P臨界失步時 ， 機端測量阻抗的軌跡 ， 圓內(nèi)為失步區(qū) 。 2 sdXX ?? 2 sd XX ?3． 失步后的異步運行階段 失步后的異步運行階段可用圖 723所示的等效電路來表示 ， 此時按圖 724所規(guī)定的電流正方向 ， 機端測量阻抗應(yīng)為 ? ?????????????????????????22221XXjSRjXSRjXjXZadadf當 發(fā) 電 機 空 載 運 行 失 磁 時 ， S≈0， ≈∞， 此時機端的測量阻抗為最大 SR2當發(fā)電機在其他運行方式下失磁時 ， 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 ff→∞ 時 S→ ∞， 趨近于零 ， Zf的數(shù)值為最小： SR239。dadadf jXXXXXXjZ ??????????????221綜上所述 ， 當一臺發(fā)電機失磁前在過激狀態(tài)下運行時 ， 其機端測量阻抗位于復(fù)數(shù)平面的第一象限 （ 如圖 727中的 a或 a’點 ） ， 失磁以后 ， 測量阻抗沿等有功阻抗圓向第四象限移動 。 當它與臨界步圓相交時 （ b或 b’點 ） ， 表時機組運行處于靜穩(wěn)定的極限 。 越過 b（ 或 b’） 點以后 ， 轉(zhuǎn)入異步運行 ， 最后穩(wěn)定運行于 c（ 或 c’） 點 ， 此時平均異步功率與調(diào)節(jié)后的原動機輸入功率相平衡 。 三 、 發(fā)電機在其它運行方式下的機端測量阻抗 為了便于和失磁情況下的機端測量阻抗（ 如圖 728中的 4點 ） 進行鑒別和比較 ，現(xiàn)對發(fā)電機在下列幾種運行情況下的機端測量阻抗簡要說明如下 。 1． 發(fā)電機正常運行時的機端測量阻抗 當發(fā)電機向外輸送有功和無功功率時 ， 其機端測量阻抗 Zf位于第一象限 ， 如圖 728中的 1點所示 ， 它與 R軸的夾角 φ 為發(fā)電機運行時的功率因數(shù)角 。 當發(fā)電機只輸出有功功率時 ， 測量阻抗位于 R軸上的 2點 。 當發(fā)電機欠激運行時 ， 它向外輸送有功 ， 同時從電網(wǎng)吸收一部分無功功率 （ Q值變?yōu)樨?） ， 但仍保持同步并列運行 ， 此時 ， 測量阻抗位于第四象限的 3點 。 2． 發(fā)電機外部故障時的機端測量阻抗 當采用 0186。接線方式時 ， 故障相測量阻抗位于第一象限 ， 其大小和相位正比于短路點到保護安裝地點之間的阻抗 Zd， 如圖 728中的 5點 。 如繼電器接于非故障相 ， 則測量阻抗的大小和相位需經(jīng)具體分析后確定 。 3． 發(fā)電機與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩時的機端測量阻抗 根據(jù)圖 724的等值電路 ， 當認為 Ed≈US時 ， 振蕩中心位于 X∑處 。 當 XS≈0時 ， 振蕩中心即位于 Xd’處 ， 此時機端測量阻抗的軌跡沿直線 00’ 變化 ，如圖 729所示 ， 當 δ=180186。時 ， 測量阻抗的最小值為 df XjZ 21??4． 發(fā)電機自同步并列時的機端測量阻抗 在發(fā)電機接近于額定轉(zhuǎn)速 ， 不加勵磁而投入斷路器的瞬間 ， 與發(fā)電機空載運行時發(fā)生失磁的情況實質(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)電機加上勵磁 ， 因此 ， 發(fā)電機無勵磁運行的時間極短 。 對此情況 ， 應(yīng)該采取措施防止失磁保護的誤動作 。 四 、 失磁保護的構(gòu)成方式 失磁保護應(yīng)能正確反應(yīng)發(fā)電機的失磁故障 ， 而在發(fā)電機外部故障 、 電力系統(tǒng)振蕩 、 發(fā)電機自同步并列以及發(fā)電機低勵磁 （ 同步 ） 運行時不誤動作 。 器 過去發(fā)電機失磁保護都是采用這種方式 。但實際上發(fā)電機失磁并不都是由于自動滅磁開關(guān)跳開而引起的 ， 特別是當采用半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)時 ， 由于半導(dǎo)體元件或回路的故障而引起發(fā)電機失磁是可能的 ， 而在這種情況下保護將不能動作 。 因此這種保護方式一般用于容量在 100MW以下帶直流勵磁機的水輪發(fā)電機以及不允許失磁運行的汽輪發(fā)電機上 。 2． 利用失磁后發(fā)電機定子各參數(shù)變化的特點構(gòu)成失磁保護 這種方式的保護所反應(yīng)的發(fā)電機定子參數(shù)的變化如： 機端測量阻抗由第一象限進入第四象限 ， 無功功率改變方向 ， 機端電壓下降 ， 功角 δ 增大 ， 勵磁電壓降低等 。 目前對容量在 100MW及以上的發(fā)電機和采用半導(dǎo)體勵磁的發(fā)電機 ， 普遍增設(shè)了這種方式的保護 。 （ 1） 圖 730所示為汽輪發(fā)電機失磁保護裝置 （ 動作于跳閘 ） 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行整定；母線低電壓元件 （ Uf） 用以監(jiān)視母線電壓 ， 按保證電力系統(tǒng)安全運行所允許的最低電壓整定 ， 是失磁故障的另一個主要判別元件；勵磁低電壓元件 （ Ufd） 用作閉鎖元件 ， 一般按躲開空載運行時的最低勵磁電壓整定 ， 但應(yīng)考慮在滿載運行情況下部分失磁時 ， 繼電器可能拒動 。 當發(fā)電機失磁時 ， 阻抗元件和勵磁低電壓元件動作 ， 起動與 2門 ， 立即發(fā)電機已失步的信號 ， 并經(jīng) t2延時后 ， 通過或門動作于跳閘 。 延時 t2用以躲開振蕩過程中的短時間電壓降低或自同步并列時的影響 ， 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時 ， 與 1和與 2都不可能起動 ， 因而保護裝置不會誤動作 。 當電壓互感器回路斷線時 ， Uf或 Z誤動作后 ， 均可發(fā)出電壓回路斷線信號 。 當勵磁回路電壓降低時 ， Ufd動作 ， 發(fā)出信號 。 （ 2） 圖 731所示為一種新型的 、 整定值能自動隨有功功率P變化的轉(zhuǎn)子低電壓失磁繼電器 （ 簡稱 ULP繼電器 ） 作主要判據(jù)而構(gòu)成失磁保護的方案 。 ULP繼電器的主要特點是它的整定值隨著發(fā)電機有功功率的增大而增大 ， 從而可以靈敏地反應(yīng)發(fā)電機在各種負荷狀態(tài)下的失磁故障 ， 當失磁后勵磁電壓降低到整定值時 （ 此時尚未失步 ， 而是預(yù)告了必須要失步 ） ， 它可以比靜穩(wěn)邊界提前約 1s的時間動作 ， 使發(fā)電機減載 ， 從而更容易獲得減載的效益 ， 例如恢復(fù)同步或者進入較小轉(zhuǎn)差率下的異步運行 。 繼電器動作后 ， 經(jīng) t1延時 。 當達到靜穩(wěn)邊界時 ， 反應(yīng)定子判據(jù)的阻抗元件 Z動作 、 兩者組成與門后可使發(fā)電機跳閘 。 在發(fā)電機失磁 、 δ 越過 180186。之后 ， 保護裝置可靠動作 ， 增設(shè)了 t2延時返回 （ 或記憶 ） 的電路 。 第七章習題 發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)哪些反應(yīng)故障的保護？ 發(fā)電機可能發(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為什么有死區(qū)？如何提高保護的靈敏性，減少死區(qū)？ 單繼電器橫差保護用在什么樣的發(fā)電機上？試說明其工作原理，它能否反應(yīng)定子繞組相間短路？ 對大容量機組為什么應(yīng)裝設(shè)能反應(yīng) 100%定子繞組的接地保護？雙頻式保護是如何實現(xiàn) 100%保護范圍的？ 有哪些判據(jù)可反應(yīng)發(fā)電機的失磁運行？發(fā)電機失磁后將產(chǎn)生哪些危害？這些危害主要發(fā)生在異步運行前還是異步運行后？ 發(fā)電機 — 變壓器組中發(fā)電機單機接地保護有何特點？一般采用什么原理的保護方式？