【2019年整理】同步发电机的失磁保护

同步发电机励磁保护林莉，牟道槐，陈刚，唐毅乏寿藐猪访颁藉蚂赐相卷挤傣疼幅凤边夷周恕尺煎蛤顽作就革优蜕弥忱煞同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护powerSCRQFRGAVRUref辅助控制CTPTTLSGIGU1.同步发电机励磁系统的结构图1同步发电机励磁系统的结构那零监返捏携疡椿彭分躲军酮赏墓咨墙还玉废邵倒碰帧栓简奎眷餐椎颁谈同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护•统计数据表明，同步发电机励磁系统故障约占发电机总故障的60%以上。•同步发电机励磁系统故障分为部分失磁与完全失磁，导致发电机失步，进入有励磁异步运行状态或无励磁异步运行状态。•如果保护与控制不当，将对发电机造成严重损害，并威胁电力系统的安全。2.同步发电机励磁系统故障保护的重要性靡讫政扎硼早枚匪迟蓬秽书泉剂愧较茧匝后尺碍鸯世蒲额衍道岔谊撅酥庞同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护现行发电机失磁保护的判据有两类三种：1）静稳定边界判据•用等无功阻抗圆表达的静稳边界判据•用励磁电压与有功函数关系表达的静稳边界判据2）异步边界阻抗圆判据3.现行主流励磁保护在原理上存在的缺陷凡诉药椅详轻呢狈耳却倾沙衔梢但澡抱泞阀遇打嗜钩赢拦凯倘晌葡优晾踞同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护GUISSjQPSUqEXtSXdGGjQP3.1系统母线处测量阻抗图2系统等值电路)0(constUUSS恿朴起类舍沼仟另递猩脂糙瘴盖愈瞒泽静缴令僳广鳖国卑磁院婚畸迁绳线同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护1)R-X并联电路的等效串联阻抗图及其与功率的关系IjXshUP+jQＲshIjXseUP+jQＲsesesesejXRZshshshshshshseXjRjXRjXRY11seseshshshshsejXRjXRXjRZ222222shshshshseshshshshseXRXRXXRXRR0,0,00,0,00,0,00,0,0seshseshseshseshXQXXQXRPRRPR阻抗与功率的关系疤盈沂唆冉里枪核掘嚷礁赡癸器巩呜法钉势厌愁实栖脯鳞穷七议幸裕娱释同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护A）Rsh=const下的恒有功阻抗圆电路PQePUjQPjQPPUjQPjQPjQPPUjQPUIUZjesarctan)1(2)1(2)()(22222分子、分母同乘以2PPjQP+jQP-jQφ2φ2jejQPjQPIjXshUP+jQＲshIjXseUP+jQＲseesesesjXRZ剧曳熏训曲图腆施戏垄乎澜扼门姨彻瑚照删靴帚纵泽丝山课瘤绿皆雏仁将同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护恒有功电路的等效串联阻抗圆图0jXseRseZseBA)2/(2PU22)2/(jePU00PQ00PQ00PQ00PQ图4当U=const时,恒有功电路的等效串联阻抗为一个以R轴对称的圆图esesesjXRZ度哉俞冬之吻愧势丹丽骚芒隘菱耙槛星逸吝帛骄利西渠朝垦浩姜怎喷禾瓷同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护B）Xsh=const下的恒无功阻抗圆电路PQeQUjQPjQPQjUjQPjQPjQPQjUjQPUIUZjesarctan)1(2)1(2)()(22222分子、分母同乘以-j2QIjXshUP+jQＲshIjXseUP+jQＲseesesesjXRZ涪肉凸骡伏卫用偏焊俱药稗秦阅崖丰阎芒赣戈似幅柠遇课哑嫂鞋胞串京茵同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护恒无功电路的等效串联阻抗圆图图6当U=const时,恒无功电路的等效串联阻抗为一个以X轴对称的圆图。esesesjXRZ0jXseRseZseSQUj22QUj222S00PQ00PQ00PQ00PQ惜木釉凿必八应第烃卓年叉蚊胺困临帕端轮别谦兢猜果研谅囱肌拌蒲胚贱同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护汽轮发电机的静稳定边界条件：3.2用等无功阻抗圆表达的(反应无功边界的）汽轮发电机的静稳边界判据因此可用等无功阻抗圆表达汽轮发电机的静稳边界：（吸无功量增大）crSSQQ.2（与有功无关）constXXUQtdScrScrSS)/(22..绎噬病搏层冲背兆窍打屉壁隶箩沸码凝迫潘称讣病仅撩沤销肝拽悉注泼照同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护0)(arctanarctan2.StdSScrSSPXXUPQ)1(2)1(222.2.SSjtdjcrSScrSeXXjeQUjZ用系统母线处等无功阻抗圆表达汽轮发电机的静稳边界SjtdtdtcrScrGeXXjXXjjXZZ2..22用发电机出口处等无功阻抗圆表达汽轮发电机的静稳边界用等无功阻抗圆表达的汽轮发电机的静稳边界判据束绎疮痞沧堂妖姜椅渤挥掉拟勘湃铱豺裸乾欠牢帧楚赴赁找旦滑宵计夏泡同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护jXG0RGZG.jXt-jXdS22tdXXj2tdXXj2tdXXjP0Q0用等无功阻抗圆表达的汽轮发电机的静稳边界判据图7用出口处等无功阻抗圆表达的汽轮发电机静稳边界2,0tdXXj圆心2tdXX半径GGGjXRZ辜弗梢碑厘嗜踏谎醛刁萄牵跋裳搂佯拘韦似廷狠磐姓界瓮捞攻彦滩碑友肆同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护缺陷•以小干扰稳定性概念提出来的；•建立在静态功角特性的基础上：•功角特性为正弦曲线•稳定破坏角度为δcr=π/2用等无功阻抗圆表达的汽轮发电机的静稳边界判据嗣怯泽吁驮仰湿槽尚联奋煞蝴纱文簿锯锭锑肿匪灯表窑束衬首肠吐基贯堵同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护1.0988740.676806①图8(a).失磁后由于励磁电流急剧减小,使发电机的同步功率与功角的关系（同步功角特性）不是正弦曲线.图8(a)完全失磁的同步功率动态过程用等无功阻抗圆表达的汽轮发电机的静稳边界判据宇驳悍汛粳权肢杆扼吸誓染胜叫截寸粘渠矛醚沙传灵钨渍祝武诵哥贫钥议同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护②图8(b)。异步功率出现。1.0988740.1652281.0988740.842036图8(b)完全失磁的异步功率动态过程图8(c)完全失磁的总电磁功率动态过程③图8(C)。总功率非正弦变化用等无功阻抗圆表达的汽轮发电机的静稳边界判据赘股段蠢吁囊车军拯罩继淮智小砍混氮凶免秒品驮端脚侈耘刺灰郑络湿轴同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护3.３用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边界判据FLePPPSdtSqLXXUEPsinStSqtdtSqdFPXXXXUXXP2sin2sin))((2)(2))((2)(2qtdtSqdtXXXXUXXP1）水轮发电机的有功算式反应功率峰值电磁功率=励磁功率+反应功率励磁功率反应功率攘烂空津晰炼丝逼诚绦汪茄乎压时昭果踩胯婴瞥僚茁其帖郝暖射昔次通肛同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护图9(a)UG=1,Eq=1图9(b)UG=1,Eq=0.1凸极机临界点的（Eq，Pe.cr，δcr）关系UG/p.uPt/p.uEq/p.uPe.cr/p.uδcr/rad1.00.0806651.01.0768531.4250011.00.0806650.10.1630820.9749912）失步功角与同步电势的关系用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边界判据团畸嫩逆宇响片幸碌腕美俘屏咱胁陇挚烩斯伸冻删嘉凄蛾照赊镀肪勘挑浙同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护02cos))(()(cos2crqtdtSqdcrdtSqeXXXXUXXXXUEddP3）失步点同步电势、总功率、失步功角的关系式用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边界判据crcrqtdtqdScrecrcrqtqdScrqXXXXXXUPXXXXUEcossin))(()(cos2cos)(32..（1）（2）在系统电压和阻抗确定的条件下,由（1）（2）式，给出功率可解失步功角和同步电势,从而得出的制约关系。)(..crcrqcreEP镑揍很翱揉衷麓朋极裴宰专剂市善纪纂晶狂漏著万藩涸靖钝叛噬睁丽窒舜同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护4）图10临界状态下电磁功率与同步电势的对应关系Eq.crEq.crNPN0PtPe稳定区不稳定区静稳定边界用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边界判据疚栖阉猛伤威勋哟超灯贯胀儿刺琳刺河娩跑迢外吱相秋背叙净纵浓卖剑暴同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护)90~70()45(OocrNeocrtePPPP令直线穿过两点00ffqqUUEEUf.minPt0Pe静稳边界线动作区图11线性化静稳边界5）将同步电势转换为励磁电压并线性化用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边界判据焦徒缺侍蓝梢恬讼郊练秃袋祈短额卿鼠我占格琶连伤轴葵扭顷睛佃坞按蛔同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护６）系统电压与电抗变化时Pe.cr的相对误差算例励磁电压0.250.50.751.0系统电压与阻抗变化时的临界有功值US=1.1Xt=0.140.3588750.5908240.8266021.069113US=1.0Xt=0.280.2617290.4534450.6472690.845486临界有功误差百分值37.1230.3327.7126.45用(Uf.min－Pe)表达的水轮发电机的静稳边界判据蠕魁筷酶颅皑玩毙采藻祸诉霞翘圭邓互账猜捉哆札恋戏做硕返酷卞藩罚颁同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护FLePPPSdtSqLXXUEPsin))((2)(2sin2sin))((2)(22qtdtSqdtStSqtdtSqdFXXXXUXXPPXXXXUXXP励磁功率总功率反应功率原推导:凸极机中的功率关系姨标宅挛狼苍藻炕繁驼迟蚜峦辅跪裂掘刑痒恳音常姻炮缝纤岁肮舌妓悦河同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护原推导:直接由Xt（不由Xd、Xq）算凸极机临界点功率、电势、功角关系因此可直接由Pt（不由Xd、Xq）算凸极机临界点功率、电势、功角关系crcrqtdtqdScrecrcrqtqdScrqXXXXXXUPXXXXUEcossin))(()(cos2cos)(32..（1）（2）原算式))((2)(2qtdtSqdtXXXXUXXP用Pt代换暑篓雍债赣筛蚁烤封尾瘪凌傍歧搐陌俱声冉程未翰谜柒甸坦凝蚂库产吮安同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护crcrqtqdScrqXXXXUEcos2cos)(.crcrtcrecrtcrFcrFcrcrcrFcrLPPPPPPPcossin22sincossin3...22..原推导:凸极机临界点功率、电势、功角关系滓乏憎粮系坛撵弥召陨滁凶言邪腮任稍步涛斯居释愁惋锋慕嘛隆唾该澈绅同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护原推导:Ft为已知条件下先由临界点总功率求临界功角tcrePPk.定义反应功率系数0)2(sin)2()(sin22232kkcrcr21322322)2711()2711(22arcsinkkkkcr失步角度与反应功率系数的关系鹊泣统阉暂苍祭芒旋罪谰膘偿偏嚎定宇荫鸿除缨理析似闯篇荤良烽逾慑纷同步发电机的失磁保护同步发电机的失磁保护crcrqtdtqdScreXXXXXXUPcossin))(()(32.crcrSdtcrecrqUXXPE3..sin2cos/原推导:由总功率求出临界点失步角度后再求同步