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关于发电机防止失磁的方案探讨

时间:2011-12-8 8:14:00   来源:中国发电机网   添加人:admin

由于同步发电机是一种旋转发电机,正常运行时,发电机转子励磁回路一部分元件处于高速旋转之下。对于常规直流励磁机励磁系统,由于励磁机定子绕组断线,整流子、滑环损坏,碳刷断落,发电机励磁回路断线灭磁开关误动,将灭磁电阻接入灭磁回路等,特别是对于现在普遍推广使用的半导体励磁系统,由于励磁功率回路如发生整流变压器故障、变压器高、低压侧熔断器熔断、整流二极管烧毁以及励磁调节器个别元件故障,都可能引起发电机励磁电流大幅度减小,甚至为0 ,称之为所谓的“失磁”

  突然减小,定子电动势E 0相应减少,定子端电压U和定子电流I随之逐渐下降;由于机械惯性,滑差s和功角δ很少改变,必然使发电机输出有功功率P和无功功率Q下降。

  (2)失去静稳以前。 U持续下降,δ持续上升, Q迅速减小并导致无功反向, s缓慢增加;由于存在s和系统反送无功功率,失磁发电机产生的滑差电动势,部分补偿了励磁电压的消失,而且功角不断增大,使有功功率输出P有回升现象,定子电流也因P增加、U减小有所回升。

  由于原动机功率P T不能很快地改变, P的增加使P T - P减小,发电机转子加速减慢,滑差电动势、P及I又随之减小,这样P和I出现波动,但只要P T没有明显减小, P也就不会有大的变动,实际上P将在原有有功功率水平上做上下波动,平均功率基本不变。

  (3)达到静稳极限点时。

  无功功率衰减完全由功角变化决定。

  (4)90°<δ< 180°期间。 P s仍保持基本不变(有小波动) , Q s反向且不断增大,定子电压明显下降。

  在此期间,同步功率式(1)因E 0 = 0而消失,或因剩余励磁( E 0≠0)而为某值,当δ趋近180°时,同步转矩(功率)已很小,滑差加速增大,功率也很快加大,反向无功功率因滑差大、发电机等值电抗小而急剧增加。

  同步转矩已非制动性质,它和原动机转矩共同驱使发电机飞速加速旋转(此时平均异步转矩为制动性质) ,很快使δ≥360°,开始一个新的旋转周期,发电机输出有功功率、无功功率、定子电流和电压均呈现不同程度的振荡,当定子端电压受系统电压的牵制而波动较平稳发电机失磁后处于异步运行状态,其吸收系统无时向系统输送一定的有功,相当于进相运行。

  发电机端电压及系统电压降低,甚至可能引起系统电压崩溃发电机定子电流增大,这对定子绕组发热将有不良影响另外,失磁时的异步运行由于与欠励磁的进相运行类似,故还会引起端部漏磁增大,使得定子端部铁心迭片和结构部件发生过热,不利于机组的绝缘和安全。失磁后在定子旋转磁场作用下,为了维持稳定的异步运行,励磁功率及转子损耗将会增大,造成转子局部过热。发电机特别是凸极式水轮发电机要想得到较大的异步力矩,必须有较大的滑差,也就是转子转速必须升高很多,此时转子所受的机械离心力将增大,在离心力及电磁力矩的双重作用下,机组平衡及稳定性遭到破坏,机组振动将大幅增加。

  因此,对凸极式水轮发电机不宜异步运行,而应考虑装设配置失磁保护,来作用于发信号或跳闸。

  静稳极限励磁电压U fd( P)主判据该判据的优点是:凡是能导致失步的失磁初始阶段,由于U fd快速降低,U fd( P)判据可快速动作;在通常工况下失磁,U fd( P)判据动作大约比静稳边界阻抗判据动作提前1 s以上,有预测失步功能,显著提高机组压出或切换励磁的效果。

  应采取自保持或延时返回的措施保证其输出稳定。 U fd( P)判据在系统短路暂态过程中及系统振荡中可能误动,应采取适当闭锁措施保证不误出。定励磁低电压辅助判据为了保证在机组空载运行及P < P t轻载运行情况下失磁时保护能可靠动作,或为了全失磁及严重部分失磁时保护较快出口,附加装设整定值为固定值的励磁低电压判据,简称为“定励磁低电压辅助判据”,其动作方程为U fd≤U fd. set式中:U fd. set为励磁电压动作整定值,整定为(0。2~0。8) U fd0,一般可取U fd. set = 0。8 U fd0。若“定励磁低电压辅助判据”单独出口,还需采取“I < 0。06 I n“的闭锁措施,以防止发电机并网过程及解列过程中失磁保护误出口。在系统短路等大干扰及大干扰引起的系统振荡过程中,“定励磁低电压辅助判据”不会误动作。定励磁低电压辅助判据的动作特性曲线见阻抗扇形圆动作判据匹配发电机静稳边界圆,采用0 0接线方式(U。ab,发电机失磁后,至少延时1~1。5 s发失磁信号、压出力或跳闸,延时1~1。5 s的原因是躲开系统振荡扇形与R轴的夹角10°~15°为躲开发电机出口经过渡电阻的相间短路,以及躲开发电机正常进相运行。静稳边界阻抗判据动作特性2。态异步边界阻抗判据发电机发生凡是能导致失步的失磁后,总是现达到静稳边界,然后转入异步运行,进而稳态异步运行。该判据的动作圆为下抛圆,它匹配发电机的稳态异步边界圆。

  主变高压侧三相同时低电压判据发电机失磁后,可能引起主变高压侧(系统)电压降低,引发局部电网电压崩溃,因此,在失磁保护配置方案中,应有“三相同时低电压”判据。为防止该判据误动,该判据应与其它辅助判据组成“与”门出口此判据主要判断失磁的发电机对系统电压(母线电压)的影响:U t≤U t. set式中, U set为主变高压侧电压整定值,一般可取(0。80~0。90) U tn。某些场合发电机失磁后,主变高压侧电压不可能降低到整定值以下,则该判据也可改为“发电机机端三相同时低电压判据”,即U g≤U g. set,U g. set可取(0。75~0。90) U gn。

  采用机端三相低电压判据有时为了保证厂用电,有时仅为了与U fd( P) (或静稳阻抗判据)组成“与”门出口,以防止由于U fd( P) (或静稳阻抗)单独出口时可能发生的误动作,因此选择U g. set有较广泛的灵活性过电压判据发电机在突然甩负荷等过电压情况下,会强行减励,使U fd突降,可能引起U fd( P)判据或定励磁低电压判据误动,故采取机端过电压判据且动作后延时4~6 s返回的闭锁措施来防止失磁保护误出口。为发电机机端额定电压。

  考虑发电机失磁故障对机组本身和系统造成的影响,应根据机组在系统中的作用和地位以及系统结构,合理选择失磁保护动作判据。

  用上节所叙述的3个主判据:定励磁低电压判据(带有闭锁措施I > I set)、静稳边界阻抗判据和主变高压侧三相同时低电压判据,并结合电压互感器断线闭锁的辅助判据,组成一套完整的失磁保护。

  5~3 s若切换励磁(或压出力)失败,则跳闸,这个长延时t 2是为了给切换励磁一个时间。方案简单,可靠适用。本方案应用于失磁后希望先切换励磁而后再跳闸的汽机。若应用于水机或失磁后不需要切换励磁的汽机,则t 2延时可取消,直接由≥1门动作于跳闸。 S e(发电机额定容量) ,U e(发电机额定电压) ,cosφ(发电机功率因数) , X d(发电机纵轴同步电抗) , X q(发电机横轴同步电抗) ,U L0(发电机空载额定励磁电压) ;系统阻抗X s; TV变比n y和TA变比n l。

  保护装置自带程序完成整定计算工作。所有阻抗是以发电机额定值为基准本文所提出的失磁保护方案,经历了实际运行中多种类型低励失磁故障的考验和进相运行实验,有一定的可行性。采用典型配置,不仅给设计、整定、调试、运行带来很大方便,而且便于技术的成熟和运行经验的提高。

  另外,失磁保护对整定计算的要求较高,如整定不当,易造成误动作。在实际运用中,并非所有的判据都一定要采用。合理地简化不仅利于整定和运行,也可最终减少误动发生的可能性。