发电机失磁保护的整定计算、功角

浅谈汽轮发电机失磁保护的整定及校验作者：***来源：《机电信息》2020年第20期摘要：闡述了发电机失磁保护整定及校验的计算过程，并对失磁保护进行了模拟试验，以供电气工程技术人员参考。

关键词：汽轮发电机;整定计算;保护校验0 引言同步发电机失磁使得发电机以感应发电机模式运行，此时发电机的转子转速增加，输出的有功功率降低，发电机向系统吸收无功功率，从而在发电机转子中感应出大电流，定子电流值可能达到2倍的额定电流值，在短时间内引起发电机内部过热。

此外，发电机向系统吸收大量的无功功率，如果系统无功储备不足，差额越大，系统电压水平下降越严重，将严重威胁到系统的安全运行，甚至使系统因电压崩溃而瓦解[1]。

1 失磁保护逻辑云南先锋化工有限公司50 MW发电机失磁保护采用SEL-300G型微机保护装置，用一对带偏移电抗特性的姆欧阻抗圆来检测发电机的失磁故障，其动作特性为负向偏移电抗元件特性。

发电机失磁保护逻辑如图1所示，40XD1为一段失磁保护元件的偏移电抗;40Z1P为一段姆欧阻抗圆的直径;40Z1D为一段失磁保护动作出口元件;40Z1T为一段失磁保护的动作时限;40XD2为二段失磁保护元件的偏移电抗;40Z2P为二段姆欧阻抗圆的直径;40Z2D为二段失磁保护动作出口元件;40Z2T为二段失磁保护的动作时限;40ZTC为力矩控制方程，40ZTC=！60LOP。

2 失磁保护的整定计算SEL-300G型微机保护装置失磁保护的动作特性如图2所示，失磁保护二段阻抗元件的姆欧动作上边界圆与阻抗平面的纵轴交点为负向偏移电抗时，其一段姆欧阻抗圆的直径40Z1P等于-1.0 pu（即发电机额定阻抗），一段失磁保护的偏移阻抗40XD1等于发电机暂态电抗-Xd′/2，二段姆欧阻抗圆的直径40Z2P等于发电机的直轴电抗Xd，二段失磁保护的偏移电抗40XD2等于一段失磁保护的偏移电抗[1]。

Xd′、Xd为标幺值，需折算到二次侧有名值，即：式中：Uj为发电机二次侧额定电压基准值，变比为10.5 kV/100 V;Ij为发电机二次侧额定电流值;Xd′、Xd为发电机铭牌参数（标幺值）;Sj发电机额定视在功率。

失磁保护下抛圆计算方法定值整定为：Xd 即发电机纵轴同步电抗'Xd 即发电机纵轴（瞬变）电抗 以上两个参数为标么值上端点Xa ＝－2'Xd *下端点Xa ＝－（ 2'Xd Xd ）*Ie 为发电机的额定电流1、 高压侧二次接线采用三角形接法，即A 相相的尾接B 相的头引出A 相，B 相的尾接C 相的头引出B 相，C 相的尾接A 相的头引出 C 相即可，低压侧采用星型接法。

2、 Y/△-11接线方式在二次侧相序和头尾不能搞错，否则30°的角不能补偿，另外平衡系数也要算对，不然的话差流会增大，平衡系数计算方法如下。

I=KLH U KJXP *3*其中：P:主变容量，U:各侧额定线电压，KJX ：接线系数， 电流互感器为星形接线的KJX=1,三角形为KJX=3,KLH:为电流互感器变比。

以计算出来的高压侧额定电流为平衡电流，高压侧平衡系数程序设定为1,其它各侧以高压侧为基准设定。

计算举例：某站一台10MVA 主变，110KV 侧CT 三角形接线，变比为100/5,10KV 侧CT 星形接线，变比600/5.高压侧额定电流为： I=KLH U KJX P *3*=4.54(A)？ 、 低压侧额定电流为： I=KLH U KJXP *3*=4.8(A)低压侧平衡系数为4.54/4.8=0.95KJX 为CT 接线系数若，CT 为三角形接线时KJX ＝3，CT 为星型接线时KJX ＝13、 差动单元箱设有比例制动，即在外部短路的情况下，避免变压器差动误动而采取的措施，有一个制动系数的设置，一般来讲，制动系数设置越大，则比率制动区越大，外部短路造成主变差动误动作的机率越小，具体公式如下：Id ＞Idmksv+Kr(Izd-Izdmksv) (Izd ＞Izdmksv)Id ＞Idmksv (Izd ＜Izdmksv)其中 Idmksv 为差动门槛，Kr=0.25～0.8,Idmksv=(0.2～1.6)Ie,Izdmksv=为制动门槛值，一般Izd=1.0Ie制动电流Izd ＝1/2*循环电流，差动电流Id=｜Il-Ih ｜循环电流Is=｜Il ＋Ih ｜Il为低压侧电流Ih 为高压侧电流从上式可以看出，制动门槛值设得比较小，Kr制动系数设得比较大，外部短路故障造成主变差动误动的可能性越小，这时外部故障短路距离主变比较短的情况下，这种设置就非常重要。

一、发电机失磁保护1、失磁整定原则（1）火电机组失磁保护采用异步阻抗，水电机组采用静稳圆阻抗；（2）水电机组应有纯阻抗判据出口逻辑；（3）若采用电压辅助判据，应采用机端电压判据；（4）不得采用转子电压直接出口逻辑；转子电压判据只能作为辅助判据。

2、相关参数最大运行方式下的系统阻抗（最小运行方式下的系统阻抗（主变阻抗（发电机同步电抗（）发电机暂态电抗不饱和值（）其他：额定空载励磁电压：168V。

3、发电机失磁保护的判据(1)定子判据（异步边界圆）式中:、——分别为发电机暂态电抗和同步电抗标幺值，取不饱和值；、——为发电机额定电压和额定视在功率；、为机端电流互感器TA变比和电压互感器TV变比。

（2）无功反向判据按发电机正常运行允许的进相无功整定。

式中:——可靠系数，取1.1；——发电机正常运行允许的进相无功，取。

（3）转子低电压判据A、转子低电压定值式中:——可靠系数，取0.7；——发电机额定空载励磁电压，为168V，尽量采用实测值。

B、转子低电压判据系数得：＝0.8×（1.7826+0.1318+0.0604）＝1.58式中:——可靠系数，取0.8。

（4）机端低电压判据本判据取发电机机端电压，按不破坏厂用电安全和躲过强励起动电压条件整定。

＝0.87×100＝87（V）以发电机失磁时的机端电压进行校验发电机带额定有功失磁时的机端电压：=(1-5%)-11.2%=0.838式中：——系统等值电势标么值，为1；——系统电压损失，大容量系统<5%，取5%；——主变高压侧分接头处于额定分接头位置时，；——发电机失磁时主变上的电压降，可估算为则失磁时的机端电压此时发电机失磁已危及到厂用电的安全。

（6）减出力判据按发电机失磁时允许的异步功率整定。

取（7）失磁保护异步阻抗圆校验以下均按标量进行计算。

＝2.18；＝30.3等有功圆半径：=10 异步边界圆半径：两圆的圆心距：L1＝＝21.9两圆的半径和：L2＝+＝14.06+10＝24.06由于L1<L2，失磁后机端测量阻抗将落在异步圆内，因此失磁保护能可靠动作。

发电机失磁保护的整定计算作者：佚名发布日期：2008-5-30 17:33:45 (阅631次)关键词: 保护电机目前，国内生产及应用的微机型失磁保护的类型主要有两类，一类是机端测量阻抗＋转子低电压型；另一类是发电机逆无功＋定子过电流型。

一、机端测量阻抗＋转子低电压型失磁保护的整定计算该型失磁保护用于判断发电机失磁或励磁降低到不允许的程度的判据主要有机端测量阻抗元件及转子低电压元件，失磁的危害判别元件只有系统低电压元件。

此外，为提高失磁保护动作可靠性（例如，躲系统振荡），还设置有时间元件。

对于该型失磁保护的整定，主要是对机端测量阻抗元件、转子低电压元件、系统低电压元件及时间元件的整定。

1、机端测量阻抗元件的整定（1）失磁保护阻抗元件动作特性的类别。

截至目前，国内采用的失磁保护阻抗元件在阻抗复平面上动作特性的类型主要有：异步边界阻抗圆、静稳边界阻抗圆及通过坐标原点的下抛阻抗圆。

圆内为动作区。

2、动作阻抗圆的选择及整定理论分析及运行实践表明：发电机失磁后，机端测量阻抗的变化轨迹，与发电机的结构、发电机所带有功功率及系统的联系阻抗均有关。

运行实践表明：按静稳边界构成的动作阻抗圆，在运行中容易误动。

目前国内运行的阻抗型失磁保护，多数采用异步边界阻抗圆、下抛阻抗圆。

在确定阻抗元件的整定值时，应首先了解发电机在系统的位置，与系统的联系阻抗及常见的运行工况等。

动作阻抗圆的整定阻抗一般按下式确定：XA=-0.5X’d(或XA=0)XB=-1.2XdXA、XB分别为异步边界阻抗圆的整定电抗。

Xd为发电机的同步电抗X’d发电机的暂态电抗另外，对于与系统联系阻抗较大的大型水轮发电机，动作阻抗圆应适当增大；而对于与系统联系阻抗较小的大型汽轮发电机，动作阻抗圆可适当的减小。

对于经常进相运行的发电机，应保证在发电机进相功率较大时（但未失步），机端测量轨迹不会进入动作阻抗圆内。

另外，若阻抗元件采用静稳边界阻抗圆，则必须由转子低电压元件进行闭锁。

基于导纳平面的发电机失磁保护整定计算第一部分：导纳平面发电机失磁原理导纳平面发电机是一种采用导纳平面概念设计的新型发电机，其特点是能够有效地提高发电效率和降低能源损耗。

在导纳平面发电机中，失磁是一种常见的故障现象，可能导致发电机无法正常工作，因此需要进行失磁保护。

第二部分：导纳平面发电机失磁保护整定计算方法导纳平面发电机失磁保护的整定计算是确保发电机能够在失磁情况下及时保护自身的重要环节。

具体计算步骤如下：1. 确定保护整定值：根据发电机的额定容量和设计参数，确定失磁保护整定值。

一般来说，整定值应根据发电机的容量和负载情况进行合理的选择。

2. 计算发电机的导纳：根据发电机的电路参数，计算发电机的导纳。

导纳是描述电路元件对电流和电压的响应能力的物理量。

3. 确定失磁保护整定值与导纳的关系：根据导纳与失磁保护整定值的关系，确定失磁保护整定值与导纳之间的数学关系。

这个关系可以通过实验或模拟计算得到。

4. 进行失磁保护整定计算：根据已知的导纳值和失磁保护整定值与导纳的关系，进行失磁保护整定计算。

计算得到的整定值应能够在失磁发生时及时启动保护。

第三部分：实例分析以某导纳平面发电机为例，假设其额定容量为1000千瓦，设计参数如下：电压等级为10千伏，电流等级为100安培，频率为50赫兹。

根据实际测量得到的导纳值和导纳与失磁保护整定值的关系，进行失磁保护整定计算。

计算结果表明，在该发电机中，失磁保护整定值应设定为10%的导纳值。

第四部分：总结通过以上的计算分析，我们可以得出导纳平面发电机失磁保护整定计算的方法和步骤。

在实际应用中，我们应根据具体的发电机参数和工作条件，选择合适的失磁保护整定值，并进行相应的计算和调整，以确保发电机能够在失磁情况下及时保护自身。

同时，我们还需根据实际情况进行实验验证，以进一步优化整定计算方法。

通过本文的介绍，读者可以了解到基于导纳平面的发电机失磁保护整定计算的相关知识和方法。

这对于工程师和研究人员来说，具有一定的参考价值和实际应用意义。

浅析发电机失磁保护原理及整定计算1 概述同步发电机在运行过程中，可能突然全部或部分地失去励磁。

引起失磁的原因不外是由于励磁回路开路（如灭磁开关误跳闸、整流装置的误跳开等）、短路或励磁机励磁电源消失或转子绕组故障等。

发电机发生失磁故障后，将从系统吸收大量无功, 导致系统电压下降,甚致系统因电压崩溃而瓦解；引起发电机失步运行，并产生危及发电机安全的机械力矩；在转子回路中出现差频电流,引起附加温升等危害。

由此可见发电机失磁故障严重影响大型机组的安全运行。

2 失磁保护的主判据及整定计算目前失磁保护使用最多的主判据主要有三种，分别是：a.转子低电压判据，即通过测量励磁电压Ufd 是否小于动作值；b.机端低阻抗判据Z＜；c.系统低电压判据Um＜。

三种判据分别反映转子侧、定子侧和系统侧的电气量。

2.1 转子低电压判据Ufd目前浑江发电公司采用国电南自的DGT801微机型发电机保护，失磁保护采用变励磁电压判据Ufd（P），即在发电机带有功P 的工况下，根据静稳极限所需的最低励磁电压，来判别是否已失磁。

正常运行情况下（包括进相），励磁电压不会低于空载励磁电压。

Ufd（P）判据十分灵敏，能反映出低励的情况，但整定计算相对复杂。

因为Ufd 是转子系统的电气量，多为直流，而功率P 是定子系统的电气量，为交流量，两者在一个判据进行比较。

如果整定不当很容易导致误动作。

但是勿容置疑的是，该判据灵敏度最高，动作很快。

如果掌握好其整定计算方法，在整定计算上充分考虑空载励磁电压Ufd0 和同步电抗Xd 等参数的影响，或在试运行期间加以实验调整，不仅可以避免误动作，而且是一个十分有效的判据。

能防止事故扩大而被迫停机，特别适用于励磁调节器工作不稳定的情况。

主要对转子低压元件进行整定。

2.1.1 转子低电压的动作方程:Ufd＜Ufdl ………………………Ufd＜UfdlUfd＜125(P- Pt)/Kfd×866 ………Ufd＞UfdlUfd- 转子电压计算值P—发电机有功功率计算值Ufd、Ufd1、Pt- 保护整定值2.1.2 转子电压的动作特性如下图:2.1.3 转子低电压特性曲线系数Kfd 整定:Kfd=(Kk/XdΣ)×(125Se/866Ufd0)XdΣ= Xd＋XsXd………发电机电抗Xs………为升压变压器及系统等值电抗之和Kk………可靠系数2.1.4 转子低电压定值整定:一般取发电机空载电压的(0.6～0.8)倍Ufd1=(0.6～0.8)Ufd02.2 低阻抗判据Z＜反映发电机机端感受阻抗，当感受阻抗落入阻抗圆内时，保护动作。

发电机失步保护的整定计算郭晓平;杨硕;许海标【摘要】针对某电厂220 kV出线(同杆双回线),阐述了电网调度为确保电网系统稳定投入发电机组失步保护的必要性,并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,指出正确的整定计算是继电保护能真正发挥作用的基础.【期刊名称】《电力安全技术》【年(卷),期】2015(017)002【总页数】4页(P17-20)【关键词】振荡;失步保护;双遮挡器;整定计算【作者】郭晓平;杨硕;许海标【作者单位】南海发电一厂有限公司,广东佛山 528211;南海发电一厂有限公司,广东佛山 528211;南海发电一厂有限公司,广东佛山 528211【正文语种】中文2013年年中，广东电网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》，并要求南海发电一厂有限公司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220 kV 对侧变电站；(2) 分散动作风险，将机组滑极次数定值分2轮整定。

即不重要机组定义为第1轮跳闸对象，重要机组定义为第2轮跳闸对象，且后者滑极次数需比前者大。

由于该厂未装设失步解列装置，2台机组发变组保护亦未配置失步保护(机组为200 MW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。

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，对该厂220 kV出线(新南甲线、新南乙线为同杆双回线)进行分析研究，当2回线路同时或相继出现一回线路三相永久性故障与另一回线路单相瞬时故障时，线路电抗增加，回路的综合电抗XΣ变大，且根据公式PE=U×EA/XΣ(EA为发电机电动势；U为无穷大系统母线电压； XΣ为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为发电机电动势EA与无穷大系统电压U之间的功率角；PE为功率极限值)可知，功率极限值将变小，功角特性将由图1的曲线1变为曲线2，如图1所示。