发电机失步保护介绍

发电机失步保护介绍发电机失步保护介绍 1 概述当发电机正常运行时，发电机与电力系统的电动势以同样的工频角频率旋转，之间的相位差维持不变，发电机处于同步稳定运行状态。如果受到某种干扰，发电机与系统之间的电动势以不同的角频率旋转，线路两侧电动势相位差不断变化，此时称作发电机失步。发电机失步后，两侧电动势之间的夹角δ在0?到360?间不断变化。发电机机端电压与电流也呈周期性变化，因此需要对失步时的机端测量阻抗进行分析。 2 发电机失步时电气量变化分析 2.1 发电机失步时电压、电流变化以发电机带无穷大系统为例，发电机电势为...

发电机失步保护介绍 1 概述当发电机正常运行时，发电机与电力系统的电动势以同样的工频角频率旋转，之间的相位差维持不变，发电机处于同步稳定运行状态。如果受到某种干扰，发电机与系统之间的电动势以不同的角频率旋转，线路两侧电动势相位差不断变化，此时称作发电机失步。发电机失步后，两侧电动势之间的夹角δ在0?到360?间不断变化。发电机机端电压与电流也呈周期性变化，因此需要对失步时的机端测量阻抗进行分析。 2 发电机失步时电气量变化分析 2.1 发电机失步时电压、电流变化以发电机带无穷大系统为例，发电机电势为Eg，系统侧电势为Es，各回路等值阻抗如图1中所示。 ,,,GUgUsSI,,,Eg~E,Uss~ ZZgs Z? 图1 发电机带无穷大系统，，EE如图1中所示，发电机失步前，保护安装处为送电端，超前，假设两侧电动势gS ,j,，，幅值相等，则，夹角δ由线路传输的有功功率决定。 E,Eesg 此时发电机机端电流为: ,j,，，，EEEe,(1,)gsg，I (1) ,,ZZ,, 发电机机端电压为: 1 ，，，UEIZ,, (2) gg 绘制出发电机带无穷大系统时对应的相量图，如图2所示。事实上，将式(1)带入式(2)，则有 Zg，，，，UEEE,,(,) ggsZ, 可以看出，如果系统中各元件的阻抗角都相同的话，系统中各点的电压相量的端点都落，E2g，，，(EE),在图2中的相量上。由(1)式知，当δ=180?时，I，此时线路中电,gsZ, Z流最大，电流在阻抗上产生的压降最大，此时发电机机端电压最低。 g 发电机失步时，系统中电压最低的一点C，称作振荡中心。可在图2中作垂直于，，，(EE),U的相量，此点电压最低，即为振荡中心。 gsc ，I ，，E,Egs ，IZg，，UE，cg，UEgs O 图2 发电机带无穷大系统的相量图 2.2 发电机失步时的机端测量阻抗当发电机失步时，保护安装处的电压与电流幅值与相位都将随着两侧电动势夹角δ的变化而变化。因此，反映电压和电流比值的阻抗继电器的测量阻抗幅值和相位也将随，，E,E,Eδ而变化。如果两侧电动势幅值相等，即，发电机出口处测量阻抗为: gs ，，，，，UEIZEEZ,ggggg, Z,,,,Z,,Z,,Zggg,,,,jj，，，，III(1)1,,Eeeg Z, 2,j,e1根据三角函数关系,,，有 ,1,jctg2 2 ,jctg1,11,2(),,,,, (3) ZZZZZjZctg,g,g,2222随着两侧电动势夹角δ的变化，继电器测量阻抗相量端点的变化轨迹画在阻抗复平面上如图3中所示，而测量阻抗相量的起点为保护安装——坐标原点O。图中，GS为两 ZZZ侧电动势间的总阻抗，GO为发电机阻抗，OS为发电机与系统间等值阻抗。当,gs，，EE时，振荡中心C点位于系统电气的中点，因此C点位于GS连线的中点处。图中,gs 即为式(3)所描述的轨迹 mn jXs ,,180: m C P ,,180:n OR G 图3 机端测量阻抗相量端点变化轨迹分析图3中相量GP与SP,可知有，，，， IGPIZIZE ,,,，,,gg ，，，， ISPIZIZE,,,,,,Ss 因此，SP^GP之间的夹角即为发电机与系统电动势夹角δ，当δ自0?变化至360?时，，，，，EEE/E,GP/SP发电机机端测量阻抗端点P由n沿直线mn移动至m。另外，，当与gsgs ，，E/E,GP/SP幅值不相等时，测量阻抗端点P会离开GS中垂线，但仍会满足。取复gs ,平面内所有使SP^GP夹角为某一定值的点，我们会得到一个透镜曲线，如图4所示。 set 3 jX S ,,mIZsEs Cδset 0R,nIZg,, IZ,Ug,GEg 图4 机端测量阻抗透镜特性当发电机失步时，机端测量阻抗由n沿直线穿越透镜至C点，此时δ=180?，测量阻抗最小，振荡电流最大;穿过C点至m，δ达到360?完成一次滑差周期。 3 南瑞继保RCS-985系列发变组失步保护判据 RCS-985系列发变组失步保护采用如图6所示动作特性。该特性由三部分组成，第一部分是透镜特性，图中?，它把阻抗平面分为透镜内的部分I与透镜外的部分O。第二部分是遮挡器特性，图中?，它把阻抗平面分成左半部分L与右半部分R。这两种透镜特性的结合，把阻抗平面分成4个区OR、IR、IL、OL，阻抗轨迹顺序穿过四个区，并在每个区停留时间大于某一时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护滑极次数加1，达到整定次数，保护动作。第三部分为电抗线特性，图中?，它把动作区一分为二，电抗线以上为I段(U)，电抗线一下为II段(D)。阻抗阻抗轨迹顺序穿过四个区时，位于电抗线以下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于发变组外，两种情况下滑极次数可分别整定。保护可动作于报警信号，也可以动作于跳闸。失步保护可以识别的最小振荡周期是120ms。 4 图5 南瑞发变组失步保护动作特性 4 RCS-985系列发变组失步保护出口逻辑如图7所示，为RCS-985系列发变组保护出口逻辑框图。失步保护动作后，经不同的延时，可分别动作于告警和跳闸。图6 RCS-985系列发变组保护出口逻辑框图参考文献 [1] 天津大学贺家李、宋从矩.电力系统继电保护原理第三版.北京:中国电力出版社，1994.10. 5 [2] 国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材 .北京:中国电力出版社，2009. [3] RCS-985系列大型水轮发电机变压器成套保护装置技术说明书. ZL_YJBH2002.0803.南京南瑞继保电气有限公司.2008年02月. 6

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