新聞主題	發(fā)電機組失步保護原理與裝設的必要性

 

一、裝設失步保護的必要性

 

對于中小發(fā)電機組，通常都不裝設失步保護。當系統發(fā)生振蕩時(shí)，由運行人員來(lái)判斷，然后利用人工增加勵磁電流、增加或減少原動(dòng)機出力、局部解列等方法來(lái)處理。對于大發(fā)電機組，這樣處理將不能保證發(fā)電機組的安全，通常需要裝設用于反應振蕩過(guò)程的專(zhuān)門(mén)的失步保護。

一般認為失步將帶來(lái)的危害有以下幾項。

（1）對于大發(fā)電機組和超高壓電力系統，發(fā)電機裝有快速響應的自動(dòng)調整勵磁裝置，并與升壓變壓器組成單元接線(xiàn)。由于輸電網(wǎng)的擴大，系統的等效阻抗值下降，發(fā)電機和變壓器的阻抗值相對增加，因此振蕩中心常落在發(fā)電機機端或升壓變壓器的范圍以?xún)?。由于振蕩中心落在機端附近，使振蕩過(guò)程對發(fā)電機組的危害加重。機爐的輔機都由接在機端的廠(chǎng)用變壓器供電機端電壓周期性地嚴重下降，將使廠(chǎng)用機械工作的穩定性遭到破壞，甚至使一些重要電動(dòng)機制動(dòng)，導致停機、停爐。

（2）振蕩過(guò)程中，當發(fā)電機電動(dòng)勢與系統等效電動(dòng)勢的夾角為180°時(shí)，振蕩電流的幅值將接近機端三相短路時(shí)流過(guò)的短路電流的幅值。如此大的電流反復出現有可能使定子繞組端部受到機械損傷。

（3）由于大發(fā)電機組熱容量相對下降，對振蕩電流引起的熱效應的持續時(shí)間也有限制，因為時(shí)間過(guò)長(cháng)有可能導致發(fā)電機定子繞組過(guò)熱而損壞。

（4）振蕩過(guò)程常伴隨短路故障出現。發(fā)生短路故障和切除故障后，柴油發(fā)電機軸系可能發(fā)生扭轉振蕩。當故障切除后，若隨即發(fā)生電氣參數的振蕩過(guò)程，則加到軸系上的制動(dòng)轉矩是一脈振轉矩，從而可能加劇軸系的扭轉振蕩，使大軸遭受機械損傷，甚至造成嚴重事故。

（5）在短路伴隨振蕩的情況下，定子繞組端部先遭受短路電流產(chǎn)生的應力，相繼又承受振蕩電流產(chǎn)生的應力，使定子繞組端部出現機械損傷的可能性增加。

對于電力系統來(lái)說(shuō)，一臺發(fā)電機與系統之間失步，如不能及時(shí)和妥善處理，可能擴大到整個(gè)電力系統，導致電力系統的崩潰。

由于上述原因，對于大發(fā)電機組，特別是大型柴油發(fā)電機，需要裝設失步保護，用以及時(shí)檢出失步故障，迅速采取措施，以保障發(fā)電機組和電力系統的安全運行。由于失步會(huì )帶來(lái)上述危害，因此通常要求發(fā)電機失步保護在振蕩的第一、二個(gè)振蕩周期內能夠可靠動(dòng)作。

 

靜音型柴油發(fā)電機組結構示意圖

 

二、失步保護原理

 

要求失步保護只反應發(fā)電機的失步情況，能可靠躲過(guò)系統短路和同步搖擺，并能在失步開(kāi)始的搖擺過(guò)程中區分加速失步和減速失步。目前，實(shí)用的失步保護主要基于反應發(fā)電機機端測量阻抗變化軌跡的原理。這里介紹一種數字保護中應用的具有雙遮擋器動(dòng)作特性的失步保護原理。

 

如圖1所示（圖中忽略了電阻），假定振蕩中心落在機端保護安裝處M。R₁、R₂、R₃、R₄將阻抗平面分為0～4共五個(gè)區，加速失步時(shí)測量阻抗軌跡從＋R向-R方向變化，0～4區依次從右到左排列；減速失步時(shí)測量阻抗軌跡從-R向＋R方向變化，0～4區依次從左到右排列。當測量阻抗從右向左穿過(guò)R1時(shí)判定為加速失步，當測量阻抗從左向右穿過(guò)R₁時(shí)判定為減速失步。然后當測量阻抗穿過(guò)1區進(jìn)入2區，并在1區及2區停留的時(shí)間分別大于t₁和t₂后，對于加速過(guò)程發(fā)加速失步信號，對于減速過(guò)程發(fā)減速失步信號。加速失步信號或減速失步信號作用于降低或提高原動(dòng)機出力。若在加速或減速信號發(fā)出后，沒(méi)能使振蕩平息，測量阻抗繼續穿過(guò)3區進(jìn)入4區，并在3區及4區停留的時(shí)間分別大于t₃和t₄后，進(jìn)行失步周期（也稱(chēng)滑極）計數。當失步周期累計達到一定值時(shí)，失步保護出口跳閘。

 

發(fā)電機失步阻抗軌跡與失步保護整寫(xiě)圖

 

若測量阻抗在任一區內永久停留，則判定為短路。無(wú)論是在加速過(guò)程還是在減速過(guò)程，測量阻抗在任一區（1～4區）內停留的時(shí)間小于對應的延時(shí)時(shí)間（t₁～t₄）就進(jìn)入下一區，則判定為短路。若測量阻抗軌跡部分穿越這些區域后以相反的方向返回，則判斷為可恢復的搖擺振蕩。

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