发电机失磁保护与欠励保护配合分析

一起300MW发电机失磁保护动作原因的分析与处理失磁是发电机运行过程中常见的故障之一，运行中的发电机失磁时，其出口电势会降低，静稳态平衡会被破坏，发电机的安全稳定运行会受到严重威胁。

本文对一起300MW发电机因失磁保护动作而跳闸的事件，进行动作原因分析，列出处理方案，从而确保电网和机组的安全运行。

标签：失磁保护；灭磁开关；大功率继电器；直流系统0 引言某发电厂装机容量为2*300MW，#2发电机正常运行时，发变组保护（A、B柜）失磁保护动作，#2机组跳闸，现场检查发电机确实失磁，发变组失磁保护动作正确，随后进行了故障原因排查和处理。

该厂使用的励磁系统为UNITROL 5000型，是瑞士ABB公司于98年推出的数字式同步发电机静止励磁系统，为UNITROL系列的第五代励磁系统，已投运五年，期间更换通道I主控板（COB）一块，更换冷却风扇三组，无其他存在问题。

1 失磁保护动作情况说明#2机在失磁保护动作后，电气检修人员立即到现场对失磁跳闸原因进行检查，发变组保护装置、励磁系统及其他电气设备无故障情况发生，发电机确实失磁，保护动作正确。

调取了故障录波器故障波形，进一步分析失磁原因，具体波形见图1：通过故障录波器我们可以看出，在发电机失磁t2t3保护动作前1.763秒，励磁电流突然下降，随之励磁电压也随之下降，在失磁保护动作后2.5秒，发电机出口断路器断开。

检查DCS后台记录，在励磁电压和电流降低时，发电机各项指标正常，发电机有功和无功功率也正常，并无异常波动，在发电机保护去断开发电机出口断路器的同时，灭磁开关也同时断开。

通过检查励磁系统故障时的故障记录，发现励磁系统在当时并无报警记录，只有外部跳闸指令记录（A143）。

综合上述故障录波器及DCS后台记录，发现发电机励磁电压、电流和励磁系统正常退励逆变灭磁波形非常类似，励磁退出运行后，造成发电机组失磁，但励磁系统在并网运行期间会闭锁远方退励及其他退励命令。

湘潭电厂#3、4发电机失磁保护和低励限制校核第一步，计算以发电机基本阻抗为基准的发电机和系统阻抗标幺值，在P-Q 平面上计算以发电机视在功率为基准的发电机静稳圆坐标和半径的标幺值。

第二步，考虑10~20%的静态稳定储备系数、5~10%的参数误差及一定的可靠系数，即静稳圆坐标和半径的标幺值除以1.2~1.5后得到有裕度的静稳圆。

第三步，计算有裕度的静稳圆与负Q轴和正P轴（P<P n时）或P=P n直线（P>P n 时）相交的坐标来确定低励限制线的两个点，其它点应在圆的上方。

第四步，整定失磁保护阻抗圆，将失磁保护阻抗圆映射到P-Q平面，或将低励限制曲线映射到R-X平面，分别在机端电压为额定及最低允许电压时，根据配合原则校核与失磁保护阻抗圆的配合关系。

4 工程实际整定配合示例600MW机组，参数如下：发电机额度容量Sg：667MVA；主变额定容量St：720MVA；发电机同步电抗Xd：215%；发电机暂态电抗Xd’： 30.1%：变压器电抗Xt：14.3%；系统电抗Xs（100MVA,最小方式）：0.0077；系统电抗Xs（100MVA,最大方式）：0.0162；机端电压Un：20kV；TA变比nTA：25000/5；TV变比nTV：20/0.1。

1 参数有名值计算X t =Xt*Un2*nTA/(St*nTV)=0.143*202*5000/(667*200)=2.14Ω，Xs（小）=Xs*Un2*nTA/(S*nTV)=0.0162*202*5000/(100*200)=1.62Ω，Xs（大）=Xs*Un2*nTA/(S*nTV)=0.0077*202*5000/(100*200)=0.77Ω，X d =Xd*Un2*nTA/(Sg*nTV)=2.15*202*5000/(667*200)=32.23Ω，X d ’=Xd’*Un2*nTA/(Sg*nTV)=0.301*202*5000/(667*200)=4.51Ω，X b =Un2*nTA/(Sg*nTV)=202*5000/(667*200)=15.00Ω(发电机基本阻抗)。

发电机失磁运行分析及处理摘要：发电机失磁运行是常见的故障形式。

发电机运行时发生失磁对发电机本身和电力系统造成影响，一旦保护拒动其将破坏电力系统的稳定运行、威胁发电机的自身平安。

我们要从认识发电机失磁原理、失磁后工况变化，制定发电机失磁防范措施，防止发电机失磁运行和失磁后快速切除故障发电机运行。

关键词：失磁措施处理1、发电机失磁工况介绍发电机是一种将机械能转变为电能的工具，简单的从原理方面说，它是由转子和定子线圈组成的，转子绕组由励磁系统提供电流，在原动机的拖动下旋转，即产生了旋转磁场，旋转磁场切割定子线圈，在定子回路产生感应电势，当发电机带上负载后，就产生了三相交流电，因三相定子绕组依次相差120°电角度布置，三相电流产生的磁场组合成一个磁场，即产生了定子旋转磁场。

发电机正常运行中，转子的旋转磁场与定子的旋转磁场方向、速度一样，转差为零，即发电机为同步运行方式。

当发电机励磁系统故障后，失去了励磁电流，也就是平常所说的发电机失磁。

发电机失磁后，转子旋转磁场消失，电磁力矩减少，而原动力矩不变，出现了过剩力矩，使转子转速增加，转子与定子的旋转磁场有了相对速度，出现了转差，定子磁场以转差速度切割转子外表，使转子外表感应出电流来，这个电流与定子旋转磁场作用就产生了一个力矩，称为异步力矩，它的制动作用限制了转子转速无限升高，转速越高，异步力矩越大，从而降低了转差，这时的发电机进入了异步运行状态。

发电机从系统吸收无功，供定子、转子产生磁场，向系统输送有功功率。

2、发电机失磁运行的危害、由于发电机失磁后，转子与定子出现了转差，在转子外表感应出转差频率的电流，该电流在转子中产生损耗，使转子发热增大，转差越大电流越大，严重时可使转子烧损；特别是直接冷却高利用率的大型机组，热容量裕度相对降低，转子容量过热。

失磁后，发电机转入异步运行，发电机的等效电抗降低，从系统吸收的无功功率增大。

失磁前的有功越大，转差越大，等效电抗就越小，吸收的无功也越大，因此在大负荷下失磁，由于定子绕组过电流将使定子过热。

330 MW机组低励限制与失磁保护配合的模型分析摘要：针对330 MW亚临界空冷燃煤火力发电机组，提出以发电机为基准的参数标幺值计算、励磁调节器低励限制曲线转换为标幺值、静稳圆由阻抗平面转化至 P-Q平面的计算模型，分析失磁保护、低励限制、AVC定值以及进相深度的配合，提出改进优化措施。

结果表明，本模型能较好地用于分析失磁保护、低励限制及进相深度的配合。

被考察的发变组保护与励磁限制间的配合关系是满足要求的。

基于进相深度曲线，可考虑按照20%裕度静稳圆或10%深度进相裕度来整定励磁系统的低励限制曲线。

关键词：燃煤火力发电机组；发变组保护；励磁限制；AVC定值；配合关系；进相深度1引言随着光伏和风力发电等新能源发电比重越来越大，电网与电源侧的协调成为影响电网安全的重要因素[1-4]。

国内外多次大面积停电事故表明，由于部分并网机组励磁系统、厂用系统的涉网保护配置不合理，导致误动跳闸，事故停电范围扩大。

《大型发电机组涉网保护技术规范》要求发电厂根据继电保护整定的计算规定、电网运行情况、主设备技术条件及本规范中对涉网保护的技术要求，结合定期检验，对所辖设备涉网保护定值进行校核[2-4]。

当电网构架、线路参数和短路电流水平发生变化时，应及时校核涉网保护的配置与整定，避免保护发生不正确动作[3-5]。

为了确保励磁系统的稳定，要求励磁系统的限制曲线既要全程在发电机保护设备的保护范围内，又要使限制曲线在安全的前提下尽可能靠近保护曲线[4-6]。

因此，有必要量化分析发变组保护中的失磁保护与励磁限制中的低励限制的配合，进一步提升发电企业的涉网技术。

本研究拟针对燃煤火力发电机组，基于大型发电机组的涉网保护技术规范、计算导则和机组的保护配置、保护定值、励磁系统限制定值和AVC装置的定值，提出以发电机为基准的参数标幺值计算、励磁调节器低励限制曲线转换为标幺值、静稳圆由阻抗平面转化至P-Q平面的计算模型，分析失磁保护、低励磁限制、AVC定值以及进相深度的配合，提出改进优化措施。

糯扎渡水电站水轮发电机失磁保护与欠励限制配合运用-水利水电论文-水利论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——1 概述糯扎渡水电站是澜沧江上一个特大型水电工程，共装设9 台单机容量为650MW 的水轮发电机组，以500kV 电压等级接入电力系统，在系统中担任调峰、一次调频和事故备用，长距离大功率输电，机组需经常进相运行，为了确保发电机安全运行，欠励限制必须能够防止发电机进入不稳定运行区域，欠励限制和失磁保护要配合完善，欠励限制动作时失磁保护不动作，发电机失磁时失磁保护能可靠动作。

2 欠励限制糯扎渡水电厂励磁系统采用南瑞NES5100 励磁调节器。

发电机励磁不足反映在各个电气参量中，主要表现为：励磁电流低、进相深度大（负无功功率大）和定子电流增大，为保证发电机安全运行，针对反映低励磁的主要电气量有相应的限制手段，在NES5100 调节器中，用P/Q 限制来实现。

2.1 欠励限制原理P/Q 限制器本质上是一个欠励限制器，用于防止发电机进入不稳定运行区域。

发电机实际运行范围比发电机运行安全范围小得多，总留有足够的安全裕度，即实际的无功欠励限制曲线比进相允许曲线低得多。

一般地，无功欠励曲线为直线或折线方式，NES5100 励磁调节器为五点折线，用五个无功功率值对应五个有功功率水平来设定限制曲线。

如图1 所示，图中0ABCDEF 围成的区域为进相允许范围，超出0ABCDEF区域为深度进相，发电机正常运行应避免进入该范围。

无功功率欠励限制原理为：装置实时检测发电机有功功率和无功功率，根据点与直线位置计算公式，判断实际允许点离欠励限制曲线的远近（模值）和内外（符号），当运行点越过欠励限制曲线，装置即以无功功率作为被调节量，调节偏差即为运行点至欠励曲线的距离，从而保证发电机允许点回到安全允许区域。

另外，根据发电机进相运行控制原理，发电机允许进相范围与发电机端电压成一定比例关系，为了保证发电机任何时候都具有足够的安全裕度，欠励限制曲线也按照相似的关系，根据发电机电压进行调整，欠励限制模型如图2所示。

发电机低励限制与失磁保护的配合关系核算摘要：以ABB励磁系统低励限制及南瑞继保失磁保护的定值整定为例，根据300MW火电机组发电机进相运行时的动作情况分析励磁系统低励限制与发电机失磁保护之间的关系，确保机组及电力系统安全稳定运行。

关键词：励磁系统；低励限制；进相；失磁保护0引言同步发电机励磁控制系统的任务是维持发电机端电压在给定的水平和控制无功功率的分配。

根据《防止电力生产事故的二十五项重点要求》（国能安全[2014]161号）第11项“防止发电机励磁系统事故”的要求，发电机励磁调节器的低励限制、过励限制等应先于发变组保护中的失磁保护、过激磁保护动作。

以我厂300MW机组为例对励磁调节器的低励限制动作值与发变组失磁保护配合关系进行核算。

1低励或失磁故障对系统及发电机的影响发电机低励和失磁是常见的故障形式。

造成低励、失磁的原因，主要是励磁回路的部件发生故障、自动励磁调节装置发生故障以及操作不当或由于系统事故造成的。

在一定条件下，将破坏电力系统的稳定运行、威胁发电机的自身安全。

失磁的危害主要表现在以下几个方面：（1）低励或失磁的发电机，从电力系统吸收无功功率，引起电力系统电压下降。

若电压下降幅度太大，将可能会导致电力系统电压崩溃而瓦解。

（2）低励或失磁的发电机进入异步运行之后，由机端观测的发电机等效电抗降低，从电力系统中吸收的无功功率增大。

低励或失磁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。

因此，在重负荷下失磁进入异步运行后，若不采取措施，发电机将因过电流使定子过热。

（3）低励或失磁运行时，定子端部漏磁增强，将使端部和边缘铁芯过热，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。

为了避免使发电机和系统因为发电机失磁而受到危害，保证发电机在系统中运行时，既要向系统输送有功功率，而又不破坏静态稳定，因此，励磁调节器及发电机应装设完善可靠的失磁保护，以便及时限制失磁或将失磁发电机与系统解列。

发电机的励磁限制与保护的配合整定§1发电机运行功率圆与限制发电机运行功率圆又称“安全运行极限”或“P、Q图”，下面图1为ABB励磁厂家说明书的发电机功功率图，经常用到的三个限制：1）转子发热限制；2）定子发热限制；3）低励限制。

图1 ABB励磁说明书中的发电机功功率图实际发电机的运行功率极限图下图所示：图2 某600MW 汽轮机组功率图§1.1转子发热限制§1.1.1同步发电机的相量图同步发电机的电动势相量图如图3所示图3 同步发电机的电动势相量图对△oab 的每条边分别乘以U ／X q ，得功率三角形△OAB ，并以O 点为原点，引入直角坐标系，如图3所示。

从图上可看出有以下关系成立：图4 功率三角形1) φ— OA 与纵轴的夹角即为功率因数角； 2）δ— 发电机功角；3) 直角坐标系的第一象限是发电机的迟相(过励)运行区，第二象限是发电机的进相(欠励)运行区。

4) 发电机机端电压U 保持不变，X d 为发电机同步电抗为常数， BA 的长度正比于发电机电势，也正比于励磁电流I fn 。

以B 点为圆心，以BA 为半径作圆弧，此圆弧即为转子发热极限曲线。

对应图1中的“最大励磁电流限制器”。

运行分析：汽轮发电机额定运行时，定子电流I 与励磁电流均为额定值，一般其额定功率因数cos φ为0．85—0.9。

此时，当欲调整发电机的运行参数，降低其功率因数(φ角增大)时，增发无功，励磁电流I 会增加，发电机的运行受到转子发热极限的限制。

为了使转子不过热，则需降低定子电流，使发电机沿曲线AD 运行，定子绕组未得到充分利用。

反之，欲提高其功率因数( 角减小)时，定子电流会超过额定值，发电机的运行受到定子发热极限的限制，即图1中的“欠励、过励侧定子电流限制器”，又称“定子发热限制”。

§1.1.2 ABB 励磁系统最大励磁电流限制器原理B限制器有两个限制值：一个是强励顶值电流限制值，另一个是连续运行允许的过热限制值。

发电机进相运行欠励保护若干问题剖析摘要：欠励保护应保证静稳极限并留有裕度，且在失磁保护动作前动作，针对目前发电机进相运行中励磁调节器欠励保护存在的问题。

本文对主流厂家的励磁调节器欠励保护整定、电压无功限制、欠励保护与进相深度和失磁保护配合关系进行分析，提出了励磁调节器欠励保护应配置功能和最优整定方法。

关键词：进相运行；励磁调节器；欠励保护；失磁保护1 引言随着电网的不断发展，低谷时电力系统的充电无功日益增大，不少地区暴露出无功过剩，电压偏高，对电能质量和设备安全构成威胁。

吸收电网中多余无功，对提高电能质量和电网安全运行有重要意义。

调相机、SVC、并联电抗器需增加额外投资。

发电机进相运行是利用发电机的固有能力，且动态实现电压调节，较好地满足电压控制的目标，受到国内外广泛推广。

云南电网已广泛开展发电机进相运行试验，可根据电网需要和调度指令进相运行。

但因采用的励磁调节器厂家不同，欠励保护整定方式不一，造成欠励保护动作特性、发电机进相能力、失磁保护不匹配。

本文通过分析主流励磁调节器厂家欠励保护整定原理，发电机进相能力和失磁保护匹配关系，提出了欠励保护应配置功能和最优整定方法。

2 主流励磁调机器欠励保护整定原理分析2.1 HWJT-09C系列微机励磁调节器某电站发电机型号SF15-12/3250，采用HWJT-09C系列微机励磁调节器，欠励保护是一条直线，整定值P0=12000W，Q0＝5840Var，P0为对应视在功率点的有功功率，Q0为对应有功功率为零时的无功功率。

欠励整定原理为式（1）：（1）试验得到的进相深度和欠励限制动作值如下图示，虚线为欠励限制动作曲线，实线为4个不同试验工况下的进相深度。

可看出欠励限制直线与试验要求的各工况的进相深度误差很大，在额定负荷15MW下误差为52%，达到功率因数0.95，试验进相深度为-5Mvar，动作值为-2.4Mvar，要使欠励保护与进相深度更好匹配，需增加P0值，因该励磁装置的P0最大为12000W，要满足额定负荷下进相0.95功率因素则Q0应无穷小，导致低负荷下失磁保护与欠励限制不匹配。

发电机励磁限制与发电机保护配合研究综述摘要：为了保障发电机的正常运行，就必须进行发电机的励磁限制。

本文简要介绍了发电机励磁限制，并对发电机励磁限制与发电机保护配合的要求和思路进行了简要的分析，希望能够提高电力系统和发电机运行的可靠性，减少由于误强励或者误失磁而造成的发电机故障，提高我国电力系统运行的整体稳定性。

关键词：发电机；励磁限制；保护配合1.发电机的励磁限制和发电机的保护配合在电力系统发展的过程中，发电机的单机容量不断提高，电网也会受到发电机计划外解列的冲击，发电机过负荷裕度也在不断缩小，这也说明大型发电机承受过负荷的能力越来越小，这就对发电机保护设备提出更高要求，避免电网故障而造成发电机的连锁解列，使电网故障进一步加剧，甚至引起大规模停电而造成巨大的经济损失。

微机保护方式是现代大型发电机组常用的保护设备，其不仅能够应对发电机的绕组接地、匝间短路、端部短路等常规故障，而且还具有过电压保护、过激磁保护、定子过过电流保护、转子过电流保护、失磁失步保护等功能。

其中除失磁失步与发电机低励磁相关，其余则与发电机过励磁相关。

有两种原因会造成发电机过励磁：第一，由于区外故障而造成励磁系统输出了强励电流，导致励磁电流不能在保护动作之前降低。

第二，励磁系统输出了误强励磁电流。

在发电机的运行过程中，有两种原因会造成励磁系统，发出强力电流或者错误的中断电流：第一，励磁调节器的程序功能不完善，或者具有设计缺陷在发生程序中没有设计的工况下，励磁调节器发生误调节，致使发电机误失磁或误强励事故发生。

第二，励磁主设备出现故障。

其中第一个原因是主要原因，因此要避免发电机由于或误强励或者误失磁而出现的误解列故障，就必须励磁调节软件进行科学的设计。

要保障发电机能够在保护功能动作解列之前回复到正常的运行工况，就必须设计一定的励磁限制功能。

发电机组的励磁调节器具备的限制功能包括发电机空载误强励保护、发电机过激磁限制、发电机定子过电流限制、发电机转子过电流限制、发电机低励失磁限制等等，必须具备以下几个方面的要求才能达到发电机励磁限制发电机保护之间的密切配合。

发电机失磁保护与励磁调节器低励保护之间的配合及注意事项李 成（徐州发电厂试验中心）摘要：大中型发电机组，其保护均配有失磁保护，并在励磁调节器中配有低励限制及保护，两者的保护原理有所不同。

本文简述发电机低励或失磁的过程，分析励磁调节器低励限制保护及发电机失磁保护在欠励、低励或失磁过程中的不同动作情况，介绍构成发电机失磁保护与励磁调节器低励限制保护的设计原理，分析两者原理的相同处与不同处，简述发电机失磁保护与励磁低励保护之间的配合，并对调试中遇到的问题进行分析，提出个人看法及注意事项。

关键词：励磁调节器 失磁 低励1概述发电机由欠励、低励直至失磁，在这不同的过程中，均从系统中吸收感性无功功率，引起系统电压的下降。

其中低励或失磁后，发电机失去静稳，由同步运行过渡到异步运行，转子出现转差，定子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，无功功率反向并且增大，转子回路出现差频电流；并引起某些电源支路过电流，所有这些电气量的变化，都伴有一定程度的摆动。

在一定的条件下，将威胁发电机本身的安全，破坏电力系统的稳定运行。

为此，1991年颁布的《继电保护和安全自动装置技术规程》及最近国家电力公司颁布的《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》均对失磁保护及大型机组安全运行作出了要求。

2两者的原理分析及配合目前，大中型发电机组，其保护均配有失磁保护，并在励磁调节器中配有低励限制及保护，其配合方式通常为：正常励磁调节器以自动方式运行，当励磁电流降低到一定程度，达到低励限制点时，低励限制信号灯亮，限制外回路减磁操作，当励磁电流继续下降，低励限制提供增磁信号，如不起作用，励磁电流下降至低励保护点时，低励保护动作，除继续提供增磁信号外，主柜延时几秒后封脉冲、切从柜。

从柜变为主柜，，如故障不能消除，从复上述过程低励保护动作并发信，延时几秒后切手动（如无从柜，则直接切至手动运行方式），其后期励磁调节器的低励限制及保护自动退出。

如在上述某一过程中，励磁调节器能扭转励磁电流的下降，可认为发电机处于欠励运行状态。