新聞主題	發(fā)電機(jī)組失步保護(hù)原理與裝設(shè)的必要性

 

一、裝設(shè)失步保護(hù)的必要性

 

對(duì)于中小發(fā)電機(jī)組，通常都不裝設(shè)失步保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，由運(yùn)行人員來判斷，然后利用人工增加勵(lì)磁電流、增加或減少原動(dòng)機(jī)出力、局部解列等方法來處理。對(duì)于大發(fā)電機(jī)組，這樣處理將不能保證發(fā)電機(jī)組的安全，通常需要裝設(shè)用于反應(yīng)振蕩過程的專門的失步保護(hù)。

一般認(rèn)為失步將帶來的危害有以下幾項(xiàng)。

（1）對(duì)于大發(fā)電機(jī)組和超高壓電力系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)裝有快速響應(yīng)的自動(dòng)調(diào)整勵(lì)磁裝置，并與升壓變壓器組成單元接線。由于輸電網(wǎng)的擴(kuò)大，系統(tǒng)的等效阻抗值下降，發(fā)電機(jī)和變壓器的阻抗值相對(duì)增加，因此振蕩中心常落在發(fā)電機(jī)機(jī)端或升壓變壓器的范圍以內(nèi)。由于振蕩中心落在機(jī)端附近，使振蕩過程對(duì)發(fā)電機(jī)組的危害加重。機(jī)爐的輔機(jī)都由接在機(jī)端的廠用變壓器供電機(jī)端電壓周期性地嚴(yán)重下降，將使廠用機(jī)械工作的穩(wěn)定性遭到破壞，甚至使一些重要電動(dòng)機(jī)制動(dòng)，導(dǎo)致停機(jī)、停爐。

（2）振蕩過程中，當(dāng)發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)與系統(tǒng)等效電動(dòng)勢(shì)的夾角為180°時(shí)，振蕩電流的幅值將接近機(jī)端三相短路時(shí)流過的短路電流的幅值。如此大的電流反復(fù)出現(xiàn)有可能使定子繞組端部受到機(jī)械損傷。

（3）由于大發(fā)電機(jī)組熱容量相對(duì)下降，對(duì)振蕩電流引起的熱效應(yīng)的持續(xù)時(shí)間也有限制，因?yàn)闀r(shí)間過長(zhǎng)有可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子繞組過熱而損壞。

（4）振蕩過程常伴隨短路故障出現(xiàn)。發(fā)生短路故障和切除故障后，柴油發(fā)電機(jī)軸系可能發(fā)生扭轉(zhuǎn)振蕩。當(dāng)故障切除后，若隨即發(fā)生電氣參數(shù)的振蕩過程，則加到軸系上的制動(dòng)轉(zhuǎn)矩是一脈振轉(zhuǎn)矩，從而可能加劇軸系的扭轉(zhuǎn)振蕩，使大軸遭受機(jī)械損傷，甚至造成嚴(yán)重事故。

（5）在短路伴隨振蕩的情況下，定子繞組端部先遭受短路電流產(chǎn)生的應(yīng)力，相繼又承受振蕩電流產(chǎn)生的應(yīng)力，使定子繞組端部出現(xiàn)機(jī)械損傷的可能性增加。

對(duì)于電力系統(tǒng)來說，一臺(tái)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失步，如不能及時(shí)和妥善處理，可能擴(kuò)大到整個(gè)電力系統(tǒng)，導(dǎo)致電力系統(tǒng)的崩潰。

由于上述原因，對(duì)于大發(fā)電機(jī)組，特別是大型柴油發(fā)電機(jī)，需要裝設(shè)失步保護(hù)，用以及時(shí)檢出失步故障，迅速采取措施，以保障發(fā)電機(jī)組和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。由于失步會(huì)帶來上述危害，因此通常要求發(fā)電機(jī)失步保護(hù)在振蕩的第一、二個(gè)振蕩周期內(nèi)能夠可靠動(dòng)作。

 

靜音型柴油發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖

 

二、失步保護(hù)原理

 

要求失步保護(hù)只反應(yīng)發(fā)電機(jī)的失步情況，能可靠躲過系統(tǒng)短路和同步搖擺，并能在失步開始的搖擺過程中區(qū)分加速失步和減速失步。目前，實(shí)用的失步保護(hù)主要基于反應(yīng)發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗變化軌跡的原理。這里介紹一種數(shù)字保護(hù)中應(yīng)用的具有雙遮擋器動(dòng)作特性的失步保護(hù)原理。

 

如圖1所示（圖中忽略了電阻），假定振蕩中心落在機(jī)端保護(hù)安裝處M。R₁、R₂、R₃、R₄將阻抗平面分為0～4共五個(gè)區(qū)，加速失步時(shí)測(cè)量阻抗軌跡從＋R向-R方向變化，0～4區(qū)依次從右到左排列；減速失步時(shí)測(cè)量阻抗軌跡從-R向＋R方向變化，0～4區(qū)依次從左到右排列。當(dāng)測(cè)量阻抗從右向左穿過R1時(shí)判定為加速失步，當(dāng)測(cè)量阻抗從左向右穿過R₁時(shí)判定為減速失步。然后當(dāng)測(cè)量阻抗穿過1區(qū)進(jìn)入2區(qū)，并在1區(qū)及2區(qū)停留的時(shí)間分別大于t₁和t₂后，對(duì)于加速過程發(fā)加速失步信號(hào)，對(duì)于減速過程發(fā)減速失步信號(hào)。加速失步信號(hào)或減速失步信號(hào)作用于降低或提高原動(dòng)機(jī)出力。若在加速或減速信號(hào)發(fā)出后，沒能使振蕩平息，測(cè)量阻抗繼續(xù)穿過3區(qū)進(jìn)入4區(qū)，并在3區(qū)及4區(qū)停留的時(shí)間分別大于t₃和t₄后，進(jìn)行失步周期（也稱滑極）計(jì)數(shù)。當(dāng)失步周期累計(jì)達(dá)到一定值時(shí)，失步保護(hù)出口跳閘。

 

發(fā)電機(jī)失步阻抗軌跡與失步保護(hù)整寫圖

 

若測(cè)量阻抗在任一區(qū)內(nèi)永久停留，則判定為短路。無論是在加速過程還是在減速過程，測(cè)量阻抗在任一區(qū)（1～4區(qū)）內(nèi)停留的時(shí)間小于對(duì)應(yīng)的延時(shí)時(shí)間（t₁～t₄）就進(jìn)入下一區(qū)，則判定為短路。若測(cè)量阻抗軌跡部分穿越這些區(qū)域后以相反的方向返回，則判斷為可恢復(fù)的搖擺振蕩。

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