一、失磁保護轉子判據

 

由各種原因引起的發電機失磁，其轉子勵磁繞組電壓u₁都會出現降低，降低的幅度隨失磁方式而不同。失磁保護的轉子判據，便是根據失磁后u₁初期下降（以至到負）的特點來判別失磁故障。轉子判據有整定值固定的轉子判據和整定值隨有功功率改變的轉子判據兩種整定方式。

 

整定值隨有功功率改變的轉子勵磁電壓判據的整定值自動隨發電機有功功率變化。其表達式為

 

 

式中 K_set——整定系數；

P——發電機有功功率；

P_t——發電機凸極功率。

上述變勵磁電壓判據能在導致發電機失步的初始階段動作，與靜穩邊界阻抗元件相比具有提前預測失磁失步的功能，顯著提高機組減出力的效果。

整定值固定的轉子判據能在機組空載運行或P＜P_t輕載運行時出現全失磁情況下可靠動作，其表達式為

 

 

式中 U_fd.set——給定勵磁電壓整定值。

以上兩判據構成“或”門，輸出發“失磁”信號和“切換勵磁”命令。

 

同步交流無刷發電機三維視圖

 

二、失磁保護的構成邏輯

 

大型發電機失磁后，當電力系統或發電機本身的安全運行遭到威脅時，應將故障的發電機切除，以防止故障的擴大。完整的失磁保護通常由發電機機端測量阻抗判據、轉子低電壓判據、變壓器高壓側低電壓判據、定子過電流判據構成。一種比較典型的發電機失磁保護構成的邏輯圖如圖2所示。

 

通常取機端阻抗判據作為失磁保護的主判據。一般情況下阻抗整定邊界為靜穩邊界圓，故也稱為靜穩邊界判據，但也可以為其他形狀。當定子靜穩判據和轉子低電壓判據同時滿足時，判定發電機已失磁失穩，經與門Y3和延時t₁后出口切除發電機。若因某種原因，造成失磁時轉子低電壓判據拒動，定子靜穩判據也可單獨出口切除發電機，此時為了單個元件動作的可靠性，增加了延時t₄才出口。

 

發電機失磁保護構成的邏輯圖

 

轉子低電壓判據滿足時發失磁信號，并發出切換勵磁命令。此判據可以預測發電機是否因失磁而失去穩定，從而在發電機尚未失去穩定之前及早地采取措施（如切換勵磁等），防止事故的擴大。轉子低電壓判據滿足并且靜穩邊界判據也滿足時，則經與門Y3電路也將迅速發出失穩信號。此信號表明發電機由失磁導致失去了靜穩，將進入異步運行。

 

柴油機在失磁時一般可允許異步運行一段時間，此期間由定子過電流判據進行監測。若定子電流大于1.05倍的額定電流，表明平均異步功率超過1.05倍的額定功率，發出減出力命令，減小發電機的出力后，允許柴油機繼續穩定異步運行一段時間。允許穩定異步運行的時間一般為2～15min（t₂），經過t₂之后再發跳閘命令。這樣，在t₂期間運行人員可有足夠的時間去排除故障，以圖重新恢復勵磁，避免跳閘，這對安全運行具有很大意義。如果出力在t₂內不能壓下來，而過電流判據又一直滿足，則發跳閘命令以保證發電機本身的安全。

 

對于無功儲備不足的系統，當發電機失磁后，有可能在發電機失去靜穩之前，高壓側電壓就達到了系統崩潰值。所以轉子低電壓判據滿足并且高壓側低電壓判據（低電壓定值一般取0.85U_N）也滿足時，說明發電機的失磁已造成了對電力系統安全運行的威脅，經與門Y2和短延時t₃發出跳閘命令，迅速切除發電機。

 

另外，為了防止電壓互感器回路斷線時造成失磁保護誤動作，設有TV斷線閉鎖元件。TV斷線閉鎖元件分為變壓器高壓側TV斷線閉鎖元件和機端TV斷線閉鎖元件，高壓側TV斷線閉鎖元件輸出閉鎖高壓側低電壓元件，并發高壓側TV斷線信號，機端TV斷線判別元件輸出閉鎖機端測量阻抗元件，并發機端TV斷線信號。

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