大型发电机组失磁保护分析

我国电网规模不断扩大，装机容量大幅增加，按照规划，2010-2020年，将基本形成全国统一的联合电网。伴随着新电厂大机组建设、老机组改造、系统容量的日益发展，对电力系统保护动作的及时性和可靠性也有了更高的要求。失磁故障是大型同步发电机的一种严重故障，它对发电机本身及电网的安全都将产生严重影响。因此加强对失磁保护的分析研究，对于电力专业的学生以及实际操作的工作技术人员都具有很重要的理论和现实意义。

【关键词】失磁判据 失磁保护配置

1 发电机失磁的危害

发电机失磁的原因很多，通常是由于励磁装置故障、灭磁开关误跳闸、励磁回路断线、转子绕组短路等原因使发电机转子回路励磁电流消失造成的。失磁故障是大型同步发电机的一种严重故障，它对发电机本身及电网的安全都将产生严重影响。

1.1 失磁对电力系统的危害，主要表现在以下几个方面

（1）低励或失磁的发电机，从系统中吸收无功功率，引起系统电压下降，如果电力系统中无功功率储备不足，将使电力系统中邻近的某些点的电压低于允许值，破坏负荷与各电源间的稳定运行，甚至使电力系统因电压崩溃而瓦解。

（2）当一台发电机发生低励或失磁后，由于电压下降，电力系统中的其他发电机，在自动调整励磁装置的作用下，将增加其无功功率输出，从而使某些发电机、变压器或线路过电流，其后备保护可能因过电流而动作，使故障范围扩大。

（3）一台发电机低励或失磁后，由于该发电机有功功率的摆动，以及系统电压的下降，可能导致相邻的正常运行发电机与系统之间，或电力系统的各部分之间失步，使系统产生振荡甩掉大量负荷。

（4）发电机额定容量越大，在低励和失磁时，引起的无功缺额越大。电力系统容量越小，则补偿无功缺额的能力越小。

1.2 失磁对发电机的危害，主要表现如下

（1）失磁后由于出现转差，在发电机转子回路中出现差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗，如果超出允许值，将使转子过热。特别是直接冷却高利用率的大型机组，其热容量裕度相对降低，转子更容易过热。而流过转子表层的差频电流，还可能使转子本体与槽模、护环的接触面上发生严重的局部过热甚至灼伤。

（2）发电机进入异步运行之后，发电机等效电抗降低，从电力系统中吸收无功功率增加。故障前带的有功功率越大，转差就越大，等效电抗就越小，所吸收的无功功率就越大。在重负荷下失磁后，由于过电流，将使发电机定子过热。

（3）低励或失磁运行时，定子端部漏磁增强，将使端部和边段铁芯过热。

2 失磁保护典型判据的分析

发电机失磁保护判据主要有定子判据和转子判据两大类。目前，失磁保护使用最多的判据主要有以下三种

2.1 转子低电压判据

（1）早期的整流型和集成电路型保护，采用定励磁电压判据，表达式为：Ufd < KUfdo，Ufd为励磁电压，Ufdo为空载励磁电压，K为小于1的常数，表示励磁电压低于空载励磁电压时动作。

（2）微机保护可采用变励磁电压判据Ufd（P），根据静稳定极限按发电机的有功P和所需的最低励磁电压的函数关系来判别是否失磁。Ufd（P）判据能反应出低励的情况，正常运行情况下励磁电压不低于空载励磁电压。

2.2 机端定子阻抗判据

（1）静稳边界阻抗判据。静稳边界阻抗判据应用圆特性或苹果圆特性的动作曲线来识别机端测量阻抗是否进入静稳边界内。这种判据以静稳极限作为失磁保护动作的必要条件，因此阻抗边界比较大，发电机失磁后，机端测量阻抗会很快进入静稳边界内。

（2） 异步边界阻抗判据。

2.3 三相同时低电压判据

包括机端低电压判据和主变高压侧低电压判据。

失磁故障会导致系统电压下降，如果系统无功储备不足，容易造成系统电压崩溃，扩大故障范围。为了避免失磁故障的扩大，确保系统安全，失磁保护一般都配备三相同时低电压判据，一般整定为：U

一般该保护的电压来自变压器高压侧母线的电压互感器。当系统发生两相或单相短路时不会误动，三相短路时三相同时低电压可以导致误动作，此时需要加以励磁电压Uf

3 景洪电厂失磁保护配置

每一种失磁保护的动作判据都能在一定程度上对发电机失磁故障起到保护作用，但普遍存在容易误动的问题。因此比较理想的办法是将这些判据根据一定的逻辑关系组合起来，实现优势互补，这样就形成了失磁保护的配置方案。

4 总结

（1）每一种失磁保护动作判据都能在一定程度上对失磁故障起到保护作用，但普遍存在容易误动的问题。因此比较理想的办法是将判据根据一定的逻辑关系组合成失磁保护配置方案，实现优势互补。

（2）对于汽轮发电机，失磁后监视母线电压，当电压低于允许值时，为防止电力系统振荡或造成电压崩溃，应迅速将发电机切除；当母线电压未降低于允许值时，动作于信号、切换厂用电源，在有条件时也可动作于自动减出力。对于水轮发电机，失磁保护宜动作于解列。

参考文献

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2002.

[2]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2005.

[3]李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用[M].北京：中国电力出版社，2002.

[4]王栋一.微机发电机失磁保护技术的研究 [D].华北电力大学，2005.

[5]于芳.对发电机失磁保护的研究[J].武汉大学学报（工学），2006，39（3）：107-110.

作者单位

华能澜沧江水电有限公司景洪水电厂 云南省西双版纳傣族自治州 666100