阐述发电机失步的原理及双遮挡器原理失步保护的整定计算
摘要：阐述南海发电一厂220kV出线同杆并架双回线，电网调度为确保电网系统稳定性，电厂投入发电机组失步保护的必要性；以及着重介绍了基于双遮挡器原理的发电机组失步保护整定值计算方法。
关键词：振荡；失步保护；双遮挡器；整定计算
0 引言
2013年中旬，中调转发了电网总调《电厂安全稳定防线优化方案讨论会议纪要》，并要求我厂在具体时间内完成对机组失步保护定值优化调整工作，具体原则如下：1 ）机组失步保护整定范围延伸至电厂送出线路对侧变电站，即延伸至 220kV 对侧变电站；2 ）为分散动作风险，机组滑极次数定值分两轮整定。即不重要机组定义为第一轮跳闸对象，重要机组为第二轮跳闸对象，后者滑极次数需比前者大。 由于我厂无装设失步解列装置， 2台机组发变组保护亦无配置失步保护（机组为200MW发电机，可不配置发电机失步保护），按中调通知要求需进行机组失步保护定值整定并投入。
1 针对我厂220kV出线同杆并架双回线，发电机组失步保护投入的必要性
广东电网调度对全网电厂送出线路（同杆双回线）故障的稳定性进行核算，针对我厂220kV出线（新南甲线、新南乙线为同杆双回线）分析研究，当两回线路同时或相继出现一回线路三相永跳故障与另一回线路单相瞬时故障现象时，线路电抗增加，回路的综合电抗XΣ变大，根据公式:
PE=sinXEUA (1-1)
AE:发电机电动势；
U:无穷大系统母线电压；
XΣ:包括发电机电抗在内的发电机到无穷大系统母线的总电抗；
δ:发电机电动势EA与无穷大系统电压U之间的功角；
PE : 功率极限值。
功率极限值将变小，功角特性将由图曲线1变为曲线2，如图1-1所示。[1]
图1-1 系统故障时的功角特性曲线
在切除线路的瞬间，XΣ的增大以及发电机由于机械惯性，转速不变，功率角不变δ，由公式1-1可知，这时原动机供给发电机的功率仍为Pm，发电机的对外输出功率PE却减少了，此时发电机的运行点将由曲线1的a点落到曲线2的b点上，但是b点运行时，功率是不平衡的。
1 / 4 引起发电机振荡和失步现象原因分析
发电机振荡原因如下：水轮机输入力矩突然变化如调速器发卡又恢复动作，系统突然短路，大机组或大容量线路突然断开等。本文以短路引起系统骚动为例，说明振荡和失步的原因。
1 功角特性
根据实践经验和试验研究证明，同步发电机输出的有功功率和δ角有关，它们之间的关系符合下述公式：
式中，Pdc为电磁功率；m为相数；U为端电压；E0为发电机感应电势；Xd为8发电机的同步电抗；δ为定子磁极中心线和转子磁极中心线的夹角（也是端电压U和感应电势E0间的夹角。） 公式中Pdc与δ的关系是一正弦曲线，它有最大值P＝m（UE0／Xd），出现在δ＝90°时。因为δ能表示发电机输出功率的大小，所以称它为“功角”，Pdc与δ的这种关系便称发电机的功角特性。
2 振荡和失步的原因
发电机并网运行情况可用功角特性来分析，设发电机经变压器和线路连接到无穷大系统的高压线路母线上，如图1所示。这里，Uδt是系统中变 电所的母线电压，X是从发电机到变电所母线的综合电抗，包括发电机电机Xd，变压器电抗Xb、线路电抗XX的等值网络电抗。其功角特性如图2所示，δ是Ed和Uxt的向量夹角，曲线1表示正常工作时的特性，水轮机的输入功率为P0，正常工作点为a点，对应的角度为δ。当系统发生短路时，电源间的综合电抗发生变化，假设平行的一条线路被切除使X变大，由X变为X′，这时发电机输出功率也发生变化，功率特性由曲线1变到曲线2，（最大值）。由于转子有惯性，转速不能突变，刚短路时的瞬间δ间未变，所以发电机的运行点将由a点落到b点。b点上功率是不平衡的，此时，输入功率大于输出功率，反应在转子上就是力矩不平衡，主力矩大于阻力矩，在过剩力矩作用下，转子开始加速，δ角增大。在功角特性上，运行点从b点向c点方向变化。在δ角增大的同时，输出功率也增大，即阻力矩也增大，当到达C点时，输入功率和输出功率平衡，理应停在这点上运行，由于转子的惯性作用，还会往前冲，于是越过C点，角度继续增大。但是δ角一过C点，输出功率反而大于输入功率，阻力矩大于主力矩，在相反的过剩力矩的作用下，转子的转速便会减慢。当达到d点时，转子惯性所起到的作用消失，但在这个点上是稳定不住的，发电机的输出功率大于输入功率，阻力矩大于主力矩，在这个过剩力矩作用下，转子减速，δ角开始变小，运行点从d点向c点方向变化，当到达C点时，又由于转子的惯性关系，不能停留在C点而继续从C点向b点方向减速，δ角重新回到b点，惯性消失，但在b点附2 / 4 近又有过剩力矩作用，于是又开始新的摆动，象这种围绕着新的平衡值，角度时大时小来回变化，转子速度环绕着同步转速时高时低的情况就叫做“振荡”。
发电机失步保护 1 保护原理 失步保护反映发电机机端测量阻抗的变化轨迹，动作特性为双遮挡器。失步保护能可靠躲过系统短路和稳定振荡，并能在失步开始的摇摆过程中区分加速失步和减速失步。图一为其动作特性及过程图。图二为保护逻辑图： RjX0区I区II区III区IV区4312IV区III区II区0区XBR4R3XAI区减速失步tX0加速失步R1R2 图一 发电机失步保护动作特性及过程图 机端测量阻抗失步类型判据加速失步减速失步累计次数&bI
Uca 发电机TA Ia Ib Ic 2.2 出口信号定义 发电机加速失步 发电机减速失步 发电机失步跳闸 TV断线 2.3 出口跳闸定义（方式） 发电机失步跳闸 2.4 保护出口压板定义 发电机失步跳闸 注：对应的保护压板插入，保护动作时发信并出口跳闸；对应的保护压板拔掉，保护动作时只发信，不出口跳闸。 2.5 定值整定 定值名称 定值符号 定值 单位 电抗定值 Xt Ω 阻抗区边界 R1 Ω 阻抗区边界 R2 Ω 阻抗区边界 R3 Ω 阻抗区边界 R4 Ω 1区停留时间 T1 S 2区停留时间 T2 S 3区停留时间 T3 S 4区停留时间 T4 S 滑极次数 N 2.6 投入保护 开启液晶屏的背光电源，在人机界面的主画面中观察此保护是否已投入。（注：该保护投入时其运行指示灯是亮的。）如果该保护的运行指示灯是暗的，在“投退保护”的子画面点击投入该保护。
2.7 参数监视 点击进入发电机阻抗原理式失步保护监视界面，可监视保护定值，机端阻抗计算值等有关信息。 3 加速失步、减速失步测试 3.1 外加三相对称电压和三相对称电流，装置显示阻抗计算值 是否正确（打“√”表示）：正确 □ 错误 □ 3.2 失步特性测试 一般保护定义失磁保护动作，即刻闭锁失步保护；那么在测试失步特性前，请暂时修改失磁保护阻抗特性圆定值，确保测试失步特性时不会进入失磁阻抗圆。 模拟发电机由正常运行转为失步工况：外加三相对称电压和三相对称电流，初始电抗应大于Xt，初始阻抗在第一象限，改变电压和电流的夹角，由第一象限滑落于第四象限，依次通过0区－I区－II区－III区－IV区，发加速失步信号，如果滑极次数为1，发失步跳闸信号且出口跳闸；如果滑极次数大于1，则需快速返回0区，再由0区－I区－II区－III区－IV区。改变角度的速度不宜过快，也不宜过慢，总个过程需在5秒内完成。减速失步则从IV区开始，试验方法类前。 失步特性测试完毕，请恢复定值 加速失步信号正确发出时打√ 减速失步信号正确发出时打√ 滑极失步正确时打√ 4 短路故障测试 当阻抗突然变化模拟短路故障，保护应不动作 是否正确（打“√”表示）：正确 □ 错误 □
关于600MW汽轮发电机组失步保护改进的探讨
摘要：国华太仓发电有限公司2台600mw汽轮发电机组。两套发电机微机保护采用ge公司ur系列g60装置，该装置失步保护存在缺陷，失步保护无阻抗轨迹穿越次数的判据，在发电机机组发生外部故障时，失步保护误动造成机组全停，通过对套g60过激磁保护装置的配置及具体功能的介绍，着重分析了发电机失步保护改进办法。
关键词：振荡电流；发电机失步保护；改进
abstract: guohua taicang power company has two 600mw steam
turbo-generator unit. two sets of microprocessor based
generator protection uses g60devices of ge’s ur series, the
device out of step protection has some blemish, out-of-step
protection without impedance path across the frequency
criterion, when the generator occurred external fault, the
out-of-step protection misoperation makes unit full stop.
through introducing excitation protection device
configuration and specific function of the set of g60, we
focuse on the analysis of protection improvement of generator
out of step protection.
key words: current oscillations; generator out-of-step
