同步发电机的失磁保护

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1、同步发电机励磁保护林莉，牟道槐，陈刚，唐毅1.同步发电机励磁系统的结构图1同步发电机励磁系统的结构统计数据表明，同步发电机励磁系统故障约占发电机总故障的60%以上。同步发电机励磁系统故障分为部分失磁与完全失磁，导致发电机失步，进入有励磁异步运行状态或无励磁异步运行状态。如果保护与控制不当，将对发电机造成严重损害，并威胁电力系统的安全。2.同步发电机励磁系统故障保护的重要性现行发电机失磁保护的判据有两类三种：1）静稳定边界判据用等无功阻抗圆表达的静稳边界判据用励磁电压与有功函数关系表达的静稳边界判据2）异步边界阻抗圆判据3.现行主流励磁保护在原理上存在的缺陷3.1

2、系统母线处测量阻抗图2系统等值电路1)R-X并联电路的等效串联阻抗图及其与功率的关系I&jXshU&P+jQＲshI&jXseU&P+jQＲse阻抗与功率的关系A）Rsh=const下的恒有功阻抗圆电路分子、分母同乘以2PI&jXshU&P+jQＲshI&jXseU&P+jQＲseesesesjXRZ+=恒有功电路的等效串联阻抗圆图图4当U=const时,恒有功电路的等效串联阻抗为一个以R轴对称的圆图esesesjXRZ+=B）Xsh=const下的恒无功阻抗圆电路分子、分母同乘以-j2QesesesjXRZ+=恒无功电路的等效串联阻抗圆图图6当U=const时

3、,恒无功电路的等效串联阻抗为一个以X轴对称的圆图。esesesjXRZ+=0jXseRseZseSjQUj22QUj22-2Sj00>>PQ00>PQ00<

4、发电机静稳边界圆心半径缺陷以小干扰稳定性概念提出来的；建立在静态功角特性的基础上：功角特性为正弦曲线稳定破坏角度为δcr=π/2用等无功阻抗圆表达的汽轮发电机的静稳边界判据1.0988740.676806①图8(a).失磁后由于励磁电流急剧减小,使发电机的同步功率与功角的关系（同步功角特性）不是正弦曲线.图8(a)完全失磁的同步功率动态过程用等无功阻抗圆表达的汽轮发电机的静稳边界判据②图8(b)。异步功率出现。1.0988740.1652281.0988740.842036图8(b)完全失磁的异步功率动态过程图8(c)完全失磁的总电磁功率动态过程③图8(C)。总

5、功率非正弦变化用等无功阻抗圆表达的汽轮发电机的静稳边界判据3.３用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边界判据1）水轮发电机的有功算式反应功率峰值电磁功率=励磁功率+反应功率励磁功率反应功率图9(a)UG=1,Eq=1图9(b)UG=1,Eq=0.1凸极机临界点的（Eq，Pe.cr，δcr）关系UG/p.uPt/p.uEq/p.uPe.cr/p.uδcr/rad1.00.0806651.01.0768531.4250011.00.0806650.10.1630820.9749912）失步功角与同步电势的关系用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边

6、界判据3）失步点同步电势、总功率、失步功角的关系式用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边界判据（1）（2）在系统电压和阻抗确定的条件下,由（1）（2）式，给出功率可解失步功角和同步电势,从而得出的制约关系。4）图10临界状态下电磁功率与同步电势的对应关系用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边界判据令直线穿过两点图11线性化静稳边界5）将同步电势转换为励磁电压并线性化用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边界判据６）系统电压与电抗变化时Pe.cr的相对误差算例励磁电压0.250.50.751.0系统电压与阻抗变化时的临界有功值US=1.

7、1Xt=0.140.3588750.5908240.8266021.069113US=1.0Xt=0.280.2617290.4534450.6472690.845486临界有功误差百分值37.1230.3327.7126.45用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边界判据励磁功率总功率反应功率原推导:凸极机中的功率关系原推导:直接由Xt（不由Xd、Xq）算凸极机临界点功率、电势、功角关系因此可直接由Pt（不由Xd、Xq）算凸极机临界点功率、电势、功角关系（1）（2）原算式用Pt代换原推导:凸极机临界点功率、电势、功角关系原推导:Ft为已知条件下先由临界

8、点总功率求临界功角定义反