发电机失磁及失磁保护分析

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇发电机失磁及失磁保护分析范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：本文通过分析发电机的失磁原因，发电机失磁对电力系统产生的危害，分析了发电机失磁保护容易误动的原因，最后介绍了发电机失磁保护的传统判据和新的保护原理，有助于发电机失磁问题的深入研究。

Abstract: This paper analyzed the causes of easy to malfunction of excitation loss protection of generator, through the analysis of the reasons for loss of excitation and its harm to the power system, and finally introduced the traditional criteria and new protection principle of generator excitation loss protection, which is helpful to the in-depth study of the excitation loss of generator.

关键词：发电机；失磁；失磁保护

Key words: generator；excitation loss；excitation loss protection

中图分类号：TM6 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）01-0044-01

0引言

发电机的安全可靠运行程度，对确保整个电力系统的稳定运行和和对用电客户提供持续可靠的电能意义重大。因此对用于发电机的相关继电保护设备的功能和技术水平要求较高。

1发电机失磁现象

发电机失磁[1，2]是指正常运行发电机的励磁电流全部的或部分的消失现象。引起发电机失磁原因有：励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、转子绕组故障、回路发生故障以及误操作、半导体励磁系统中某些元件的损坏等等。失磁是发电机常见故障形式之一，特别是大型发电机组，由于励磁系统环节较多，因而也加了发生失磁的机会。发电机发生失磁以后，励磁电流将逐渐衰减至零，发电机的感应电势Ed随着励磁电流的减小而不断减小，电磁转矩将小于原动机的转矩，因而使转子加速，导致发电机功角增大。当发电机功角超过静稳极限角时，发电机将会与电力系统失去同步。发电机失磁后将从系统中吸取一定的感性无功来供给转子励磁电流，转子会出现转差，在定子绕组中感应电势，定子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，而无功功率反向并不断增大，在转子回路会有差频电流产生，整个系统的电压会下降，某些电源支路也会产生过电流，发电机的各个电气量不断的摆动，严重威胁发电机和整个电力系统的安全稳定运行。

2发电机失磁的危害[2]

2.1 发电机失磁对电力系统的危害①发电机发生失磁时，低励或失磁的发电机将从系统中吸收无功功率，这将使得电力系统的电压下降，如果电力系统容量较小或者无功功率储备不足的话，那就会使发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其它邻近点的电压低于允许值，这样就会破坏负荷与电源间的稳定运行，甚至会使电力系统发生电压崩溃现象。②当发电机发生低励或失磁时电压下降，系统中其它发电机在自动调整励磁装置的作用下将会增加其无功功率输出，这样就会导致系统中的某些电气元件，如变压器或输电线路产生过电流，使后备保护动作切除过载元件，扩大了故障范围。③发电机发生低励或失磁时，由于有功功率的摆动以及系统电压的下降，有可能导致相邻正常运行的发电机与系统之间或电力系统各部分之间失步，使系统振荡而大量的甩负荷。

2．2 发电机失磁对发电机本身的危害发电机失磁后，不但对电力系统会产生很大的危害，而且对发电机本身也会产生一定的危害:①由于发生失磁时出现转差，在发电机转子中会出现差频电流。差频电流在转子回中产生的损耗如果超过允许值将会使转子过热。而流过转子表层的差频电流还会使转子本体在与槽楔和护环的接触面上发生严重的局部过热甚至灼伤。②低励或失磁的发电机进入异步运行状态后发电机的等效电抗降低，从系统吸收的无功功率不断增加。在重负荷失磁后，由于产生过电流将使发电机定子过热。③对于直接冷却高利用的大型汽轮发电机，在重负荷失磁后，这种发电机的转矩、有功功率将会发生剧烈的周期性摆动。这时将有很大甚至超过额定值的电磁转矩周期性作用到发电机轴系上，并通过定子传递到机座上。此时转差也将做周期性的变化使发电机的周期性严重的超速。④发电机低励或失磁运行时，由于定子端部的漏磁增强，将会使端部的部件和边段铁芯产生过热。

为保证发电机的可靠运行，须装设发电机失磁保护，以便发生失磁故障时能及时发现并采取可行的调控方案。

3发电机失磁保护[2，3]

3.1 传统发电机失磁保护判据传统的失磁保护判据主要有 [3]①发电机转子低电压判据。包括等励磁电压判据和变励磁电压判据。②发电机机端定子阻抗判据。包括异步边界阻抗圆特性和静稳边界阻抗圆特性。③二相同时低电压判据。包括机端低电压判据和主变高压侧低电压判据。④逆无功判据。即通过逆无功和定子过电流来判断失磁故障。不同失磁保护方案的区别主要在于保护出口条件、延时或判据间组合关系的不同。

3.2 发电机失磁保护的辅助判据在发电机的机端与主变高压侧发生各种短路故障时，以及系统发生振荡的情况下，失磁保护采用的各种主判据都有可能会发生误动，实际应用中发电机失磁保护一般都采用主判据与辅助判据相结合的运行方式。传统发电机失磁保护的辅助判据有：①励磁电压下降。②不出现负序分量。③用延时躲过振荡。④无功功率改变方向。

3.3 发电机失磁保护的新原理文献结合神经网络的相关知识，用一个有两个计算层的神经网络来区分同步发电机的稳定和失磁现象。通过选取一组表征运行状态的特征向量，然后进行傅立叶变换，作为神经网络的输入，运用神经网络的模式识别功能来区分稳定和失磁。文献通过对发电机失磁的基本原理的研究，得出了三个失磁保护的新判据：①从无功等于0到功角等于90度的时间间隔内，发电机发生失磁时有功功率对时间微分的绝对值小于某个定值，而系统振荡时有功对时间微分的绝对值会大于这个定值。②在功角小于90度的时间内，失磁时发电机电势对时间的微分会小于零，而系统发生振荡时发电机电势对时间微分的绝对值会小于一个很小的门槛值。③取系统的一个最大振荡周期T，如在这段时间内无功功率从负变为正的，则判定为系统振荡，如无功变为负值并始终为负值，则可判定是发电机发生了失磁故障。

4结论

发电机失磁时会对发电机和电力系统产生巨大危害。本文分析了发电机失磁的基本原理，失磁时对系统所产生的危害，介绍了用于发电机失磁保护的一些保护原理，使我们对发电机失磁和发电机失磁保护有了一个系统的了解，为深入研究发电机失磁保护的新原理和新技术提供了帮助。

参考文献：

[1]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2002.

[2]李院生.发电机失磁保护新判据的研究[D].保定，华北电力大学，2007.

[3]王栋一.微机发电机失磁保护技术的研究[D].北京,华北电力大学,2005.