（1.清华大学电机工程与应用电子技术系，北京100084；2许昌继电器研究所，许昌461000）。随着我国电力系统c中组和线路的不以蔬gHouse.ngxhebookmark1步保护原理进行了分析和评价，在此基础上提出了具有多重启动元件、可根据频率变化量自动调节失步保护与预测启动角、并利用最小二乘法预测功角变化轨迹的改进方案。改进后的失步保护方案能够区分故障、静稳破坏以及动稳失步等情况，并实现发电机的失步预测功能，提高了失步保护的性能。对振荡中心在发电机变压器组外部与内部等情况进行了发电机失步预测试验，试验结果验证了改进方案的正确性与可行性断发展，失步保护的重要性日益突出由于机组的惯性系数相对减小电抗较大，相对系统的等值电抗减小，以及故障清除时间较长等因素加了同步发电机组失步的可能性失步将导致发电机的电流剧烈振荡，机端电压波动在失步期间产生的机械力和热效应可能损坏发电机的转轴和定子线圈，并且一台发电机的失步可能扩展到其它发电机，如果不及时采取措施，最终将导致大面积停电因此，对大型发电机组宜装设失步预测及保护元件。
目前保护失步及预测原理主要有：基于机端视在阻抗变化轨迹的保护原理，基于间接反映功角变化的保护原理，基于直接测量功角或角速度的保护原理以及基于能量平衡的保护原理就目前国内发电厂和主要制造厂家而言，在发电机一变压器组微机保护中应用比较成熟和广泛的是基于机端视在阻抗变化轨迹的三阻抗元件失步保护。但三阻抗元件失步保护原理本身存在一定的不足，所以有必要对其加以分析和改进，以提高其在现场应用的性能1三阻抗元件失步保护的评价基于单机-无穷大系统（）的发电机三阻抗元件失步保护动作特性线如所示，对其作简要评述如下：三阻抗元件失步保护不具有失步预测功能，当它动作之后，从避免失步来看，己为时太晚，保护动作结果只能是切机或解列，而没有时间采取相应的抑制失步措施保持系统稳定。
透镜特性元件右侧的内角整定后，左侧的内基金项目：国家重大科技项目（攻关）计划子课题基金项目：毕大强（1973-），男（汉），河北，博士研究生通讯联系人：王祥珩，教授，角也相应确定，即两侧内角只能整定为一相同的固定值，但这样整定不利于切机时刻的选取在发电机第一次摆过180*时，三阻抗元件原理不能区分是静稳破坏还是动稳失步。
2三阻抗元件失步保护的改进2.1系统功角的计算假设系统各元件阻抗角相同，则发电机与系统之间的功角W由机端测量阻抗Z和发电机暂态电抗zg以及发电机与系统的联系电抗Zst所组成的封闭阻抗三角形来决定各阻抗分别乘以电流可得到如所示的各电压向量，图中发电机电势Eg与化，功角的计算对失步保护的改进有重要作用。
2.2增设失步保护与预测启动元件为使失步保护与预测装置可靠启动，当满足下列情况时启动失步与预测：保证装置正常工作的计算精度，最小电流必须大于0.1/N，否则失步保护闭锁。
失步过程中电压幅值发生变化，电压降到小于0.92Un是趋向失步的一个伴随特征。
失步过程伴随着频率的偏移，通过检测发电机滑差频率下限是否大于0.2Hz来区分静稳破坏还是动稳失步；滑差频率上限是否小于8Hz用来区别短路与振荡。
发电机功角W大于额定运行功龟上述4个启动元件的逻辑关系是（1AND 4，从而保证失步保护与预测装置的可靠启动2.3动作特性的改进系统电势Es之间的相角差就是功角W即率fs=应该注意在稳态时求功角应使用发电机的同步电抗Zg，而不是zg透镜特性左半部的内角完全是根据有利于断路器断开的功角整定，切机角与启动角没有关系，更有利于断路器跳闸和预测报警。对于失步以后的滑极次数的记录与原来的保护方案相同。
4失步预测算法振荡过程中，功角W随时间在0~ 360*之间变不稳定，在暂态过程的短时间内发电机与系统之间与原三阻抗元件动作特性相比，改进后的动作特性如所示，它保留了阻挡器直线阻抗元件B和电抗线阻抗元件C，改进的关键在于把透镜特性阻抗元件A左侧的内角整定为失步后切机角，而把右侧放开右侧启动角由启动条件3或4决定，因为在不同的运行条件下对应启动条件3的功角是不同的，这样可以根据滑差频率大小自适应调节失步保护与预测装置的启动角。
的功角可以看成是一个随时间连续变化的过程，功角预测可以采用多项式回归模型：数a，a\，…，a，m根据功角历史观测数据计算出，在开始预测之前己经观测到N+1个功角值W（），W（At），…，W（NAt）（At为采样间隔）根据最小二乘法，预测模型中参数向量的计算式为：记T=，（k=N+1，…，N+i）由式（2）计算出多项式参数，再由式（1）计算出以后不同时刻的功角预测值：…+bNkW（NAt）。因为H（N）是一个常数阵，所以B（N）可事先离线计算出来再根据预测时刻kAt，可离线计算出所有不同预测时间对应的预测方程系数向量及=r B（N）=，预测方法的在线计算量小。为提高预测计算精度，采用滚动预测，不断采集新数据，用最新的采样值更新预测数据窗的数据25不同运行工况的区别为提高预测的可靠性，必须正确区分短路故障与振荡、静稳破坏与动稳失步。
正常运行时机端阻抗较大，当发生短路故障时，机端阻抗将变得很小，即发生跃变这样按照机端阻抗变化轨迹计算的功角也将发生突变，由功角变化率计算出的相应滑差频率也将突变按照要求检测的最大滑差频率，整定规定时间内功角的最大变化范围，用以区分短路与失步。因为静稳破坏的过程比较缓慢，相应滑差频率很小，利用功角变化率小于最低滑差时对应功角的变化率，可以区分静稳破坏与动稳失还须区分由于短路时间比较长，导致阻抗轨迹停留在一点不动时的情况通过区分短路与振荡的情况后，再利用区分静稳破坏与动稳失步的条件就区分发电机加速失步与减速失2.6失步预测判据当预测的功角值大于预先整定值时（通常为180*），则预测发电机即将失为提高失步预测的可靠性，可采取多次表决的方式，在连续几次预测出失步时，则判断为发电机即将失步。
预测出失步后，发失步报警信号，同时提供相应的继电器出口，并可与安全自动装置相结合，通过快关气门、电气制动等措施来提高系统的运行稳定性，尽可能避免发电机失3失步预测的试验结果利用改进后的三阻抗元件失步保护与预测装置，在动模试验机组上验证了失步保护的预测功能其中发电机的主要参数是：S 36.GQ；变压器的主要参数30kVA，Zt=2.们，n=1.1kV/400V；振荡中心在发变组外时，线路参数是：Zs=16.6，85"；振荡中心在发变组内时，线路参数是：Zs=2.幻，h=85：300ms计算出功角的变化来预测发电机是否将要失试验中采用二阶曲线预测模型，取预测时间为230ms，利用每隔10ms观测的12个数据组成历史数据窗，连续3次预测出失步后发出告警信号。为及早开始预测，试验中采用当功角大于一较小值时启动预测针对振荡中心在发变组外与发变组内分别进行了试验，限于篇幅此处仅给出振荡中心在发变组外的三种试验工况下机端三相电压与电流录波图，以及失步保护启动与失步预测判据的动作情况。工况可判断出此种情况1：增加有功输出使发电机的静稳被破坏，保护在功角为102*时（见），提前210ms预测出发电机将要失步；工况2机端发生三相短路，故障被清除后护在功角为84*时（见），提前200ms发出失步报警故障后稳定故障后失步当振荡中心在发电机组内时，试验发电机失步很快，导致预测量较小。因为试验中功角的计算都采用发电机暂态电抗，所以当发电机静稳失步时，虽然能够反应功角变化的趋势，但功角的计算值偏小。
试验过程中，改进的保护方案能够正确地预测出发电机的失步情况，失步预测的时间提前量将为抑制失保持发电机稳定提供可能4结论本文对三阻抗元件失步保护原理存在的不足进行了分析，提出了改进方案根据发电机失步过程的特征增设了多重启动判据，能够区分故障与振荡，静稳破坏与动稳失步等运行情况，提高了失步保护启动的可靠性通过对失步保护动作特性的改进，使保护能够根据滑差频率大小自适应调节失步保护的启动角。引入功角的计算与预测，使三阻抗失步保护装置增加了失步预测功能，可以提高发电机与系统的运行稳定性实验结果验证了改进后原理的失步预测功能致谢：试验过程中得到了许继集团有限公司电力系统动模试验室俞镛伟高级工程师的帮助，在此表示感谢。