文档介绍：发电机失步
南京南瑞继保电气有限公司
中、小型的发电机一般不装设失步保护。当机组与系统间发生振荡失步时,由运行人员处理。但对于300MW及以上的大型发电机应装设专门的失步保护和失步预测保护。
一、装设失步保护的必要性:
㈠大型的发电机--变压器组的电抗较大,如果外接系统是一个大系统,在振荡时振荡中心往往在机端或变压器内。振荡中机端电压周期性地大幅度地上、下变化,将导致厂用辅机的工作遭到严重的破坏,甚至导致全厂停机、停炉、停电。
㈡当振荡中心在机端附近时,流过发电机的最大振荡电流接近于机端三相短路电流。如果此电流较长时间的反复出现将使发电机定子绕组发热,电磁力使发电机的端部受机械损伤。
㈢振荡时轴系周期性的扭力将使大轴受到严重扭伤,缩短运行寿命。
㈣滑差周期性的变化使转子绕组中产生差频的感应电流,将造成转子发热。
㈤大型机组与系统的振荡可能导致系统解列甚至崩溃。
一、概述
电力系统受到某种干扰,各发电机的电势以不同的角频率旋转,各电势之间的相位差一直不断变化,这时称作电力系统失去稳定,或称作电力系统振荡。
振荡周期:电力系统振荡时,电势Es和Er的频率不等,当振荡周期为T时,有:
通常情况下,在继电保护中振荡周期可认为1S,最长振荡周期可认为3S。
二系统振荡时电压相量图
以对侧电势En为参考相量,假设两侧电势夹角为,可画出系统电压相量图,图中Um为本侧母线电压,Un为对侧母线电压,Uc为振荡中心电压,I为振荡电流。
-------母线电压Um和电流I之间的夹角。
-------线路阻抗角。
θ
三振荡电流
振荡电流
由欧姆定理可知,在两侧电势差的作用下将产生电流其值为:
在发生振荡以后,假设两侧电势的幅值依然相等,但它们的夹角
将在间不断变化。该电流的有效值将随两侧电势夹角的变化而变化,其变化规律如图所示。当两侧电势同相位时( 或 360度),由于,因而电流为零。当两侧电势相位相反时(
),由于达到最大值,因而电流也达最大值。
四系统振荡时母线电压
振荡时母线电压
由欧姆定律得:
角在0~360度变化时,Um做相应变化。当=0时,Um有最高值, 。当=180度时,Um有最低值:
五系统振荡时振荡中心电压
系统振荡过程中,系统中电压最低的一点称为振荡中心,设系统各元件阻抗角相等、两侧电动势大小相等,如下电压相量图,C点就是振荡中心,它位于线路几何中心,振荡中心电压由图可得:
-------母线电压Um和电流I之间的夹角。
-------线路阻抗角。
由上式可知,振荡中心电压是可以由母线电压计算出来的。
振荡中心的电压如图中曲线2所示。
θ
将电压相量图中各电压量除以振荡电流,图中各点相对位置不变,即得到阻抗相量图。以母线m处为原点,阻抗相量图如右图。
系统振荡时, 角发生变化,所以图中的Q点为一动点,相量MQ即为母线处测量到的阻抗。振荡过程中,假设两侧电动势大小不变化,则图中QS与QR的比值不变,为:
所以Q点的轨迹为到两定点S和R距离之比为常数的点的轨迹。
六系统振荡时母线处测量阻抗轨迹
第三部分特性是电抗线,图中③,它把动作区一分为二,电抗线以上为I段(U),电抗线以下为II段(D)。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以下,则认为振荡中心位于发变组内,位于电抗线以上,则认为振荡中心位于发变组外,两种情况下滑极次数可分别整定。
保护可动作于报警信号, 也可动作于跳闸。
失步保护可以识别的最小振荡周期为120ms。
失步保护阻抗元件计算采用发电机正序电压、正序电流,阻抗轨迹在各种故障下均能正确反映。保护采用三元件失步继电器动作特性, 如图所示:
第一部分是透镜特性,图中①,它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透镜外的部分O。第二部分是遮挡器特性,图中②,它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。
两种特性的结合,把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR,阻抗轨迹顺序穿过四个区(OL→IL→IR→OR或OR→IR→IL→OL),并在每个区停留时间大于一时限,则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次,保护的滑极计数加1,到达整定次数,保护动作。
七三元件阻抗失步判据
失步继电器分析
区外失步
振荡中心在区外且失步时测量阻抗轨迹示意图