發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和失步保護(hù)的沖突與協(xié)調(diào)

常 蕓，張偉華

1.寧夏中衛(wèi)市中寧縣寧夏中寧發(fā)電有限責(zé)任公司，寧夏中衛(wèi) 755100

2.寧夏固原市六盤山熱電廠，寧夏固原 756000

目前，大部分的發(fā)電機(jī)在某種程度上都允許一定的進(jìn)相運(yùn)行，選擇的是異步圓當(dāng)作失磁保護(hù)的動(dòng)作阻抗區(qū)域；而失步保護(hù)所使用的動(dòng)作阻抗區(qū)域則為一種葉形區(qū)域。兩者的保護(hù)依據(jù)主要取決于阻抗的變化，而在實(shí)際的運(yùn)用中，對(duì)于失磁保護(hù)而言除了受到了阻抗的影響也受到了其他因素的影響，比如轉(zhuǎn)子電壓，這個(gè)因素同時(shí)也是區(qū)分失磁故障與失步故障的一個(gè)依據(jù)。本文對(duì)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和失步保護(hù)的沖突與協(xié)調(diào)進(jìn)行了探討與分析，希望對(duì)相關(guān)事業(yè)有所借鑒。

1 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和失步保護(hù)的分析

1.1 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的阻抗動(dòng)作特性分析

對(duì)于發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)而言，其主要依據(jù)的是阻抗的位置是否進(jìn)入了阻抗圓的判斷與測(cè)量來實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)失磁故障的監(jiān)測(cè)，當(dāng)然還包括了一些輔助依據(jù)，比如無功反向與轉(zhuǎn)子電壓等。（在本文中，不考慮其他方面的影響，主要在于阻抗變化的影響造成的沖突）如前文所述，失磁保護(hù)的阻抗圓采用的是異步圓，一旦發(fā)電機(jī)發(fā)生了失磁故障，發(fā)電機(jī)的端電壓便無法繼續(xù)維持，其輸出無功也會(huì)下降，同時(shí)電流與電壓夾角也會(huì)產(chǎn)生變化（電流相位可能減小到0度）。

當(dāng)不同的發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)了失磁故障，由于它們的工況不同，因此它們產(chǎn)生的阻抗變化軌跡也不一樣（假設(shè)其軌跡在某平面坐標(biāo)系中），只是有著相同的變化趨勢(shì)，也就是說阻抗的坐標(biāo)平面從第一象限便直接進(jìn)入了第四象限，并沒有穿過第二象限與第三象限。偶爾會(huì)出現(xiàn)一些阻抗的變化會(huì)經(jīng)過第三象限的情況，但其進(jìn)入的深度很小，并且進(jìn)入之后又會(huì)很快返回到第四象限。

1.2 發(fā)電機(jī)失步保護(hù)的阻抗動(dòng)作特性分析

本文中的發(fā)電機(jī)失步保護(hù)主要針對(duì)的是在勵(lì)磁情況下發(fā)生的系統(tǒng)振蕩，從而導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)斷阻抗變化，進(jìn)而采取的保護(hù)。當(dāng)勵(lì)磁情況下，一旦產(chǎn)生了失步振蕩，阻抗的變化趨勢(shì)為（在某平面坐標(biāo)系中）：阻抗曲線在進(jìn)入了異步圓之前，先經(jīng)過了第三象限，而且其很大部分并沒有經(jīng)過異步圓的左半邊，因?yàn)樵谄渥蟀雸A大多數(shù)情況下發(fā)生的失磁故障及保護(hù)動(dòng)作。

對(duì)于失步保護(hù)的阻抗判據(jù)而言，可以采用三元件失步繼電器動(dòng)作的特性來進(jìn)行分析：第一個(gè)部分為透鏡，可以將阻抗的平面分為透鏡內(nèi)外兩部分；第二部分為遮擋器，可以將阻抗的平面分為左右兩個(gè)部分；第三部分為電抗線，可以把動(dòng)作區(qū)域一分為二，即將電抗線上下分段。其中，前兩個(gè)部分相互結(jié)合，形成了四個(gè)區(qū)域，如果阻抗的軌跡依次經(jīng)過這四個(gè)區(qū)域，并且停留的時(shí)間大于了某個(gè)限定值，則可以判定為發(fā)電機(jī)的失步振蕩；如果阻抗軌跡在電抗線以下穿過，則被認(rèn)為是振蕩的中心在發(fā)變組站內(nèi)，反之，則認(rèn)為在發(fā)變組站之外。

2 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和失步保護(hù)的沖突分析

發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和失步保護(hù)的沖突可能在于失磁保護(hù)的搶先動(dòng)作，具體而言，失磁保護(hù)與失步保護(hù)都有自身特有的區(qū)域，雖然同時(shí)與異步圓有關(guān)，但對(duì)于失步保護(hù)而言，若失步故障發(fā)生時(shí)阻抗的變化順序通過自身的區(qū)域時(shí)便先一步進(jìn)入了失磁保護(hù)的異步圓，加之失磁保護(hù)沒有足夠長(zhǎng)的延時(shí)，便能促使失磁保護(hù)搶先動(dòng)作，從而產(chǎn)生失磁故障；此外，當(dāng)失步故障的阻抗變化順序進(jìn)入到了區(qū)內(nèi)的某個(gè)區(qū)域，但是沒有按照規(guī)定的要求（時(shí)間）進(jìn)入，也會(huì)造成失磁保護(hù)的搶先動(dòng)作，此時(shí)產(chǎn)生的是失步故障。這兩種情況下，都會(huì)導(dǎo)致失磁保護(hù)的搶先動(dòng)作，雖然最終的影響不完全相同，但都會(huì)造成一定的不良后果。從目前來看，兩種情況都可以利用失磁保護(hù)動(dòng)作來改善失步故障，但這會(huì)造成跳閘邏輯的不當(dāng)，因此應(yīng)該從其他方面考慮解決方法。

3 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和失步保護(hù)的協(xié)調(diào)方案探究

根據(jù)前文所述的兩種沖突方式，本文將從提出兩種協(xié)調(diào)方案加以解決：

1）協(xié)調(diào)方案1

發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和失步保護(hù)的沖突協(xié)調(diào)方案1為：將失磁保護(hù)的動(dòng)作區(qū)域的異步圓簡(jiǎn)化為其原先異步圓的右半圓，這樣的話只有當(dāng)阻抗的變化進(jìn)入了此區(qū)域，才能導(dǎo)致失磁保護(hù)動(dòng)作的產(chǎn)生。這種方案的提出，主要在于不管何種失磁故障，發(fā)電機(jī)的端阻抗的曲線最后都會(huì)進(jìn)入異步圓的右半圓，因此不管何種情況下最終都能實(shí)現(xiàn)失磁保護(hù)，并且能有效提高失磁保護(hù)動(dòng)作的速動(dòng)性與可靠性及準(zhǔn)確性。在此種方案下，無需擔(dān)心其動(dòng)作區(qū)域不夠，造成失磁保護(hù)動(dòng)作不完全，因?yàn)槟壳按蟛糠值氖Т疟Ｗo(hù)都是在異步圓的右半圓發(fā)生的，加上經(jīng)過了一定的改進(jìn)，使得失磁保護(hù)和失步保護(hù)的阻抗區(qū)域更加明確與清晰，能真正做到“各司其職”。此外，采用這種方案還能有效避免勵(lì)磁情況下的失步故障搶動(dòng)，以及提高了失步保護(hù)對(duì)失步故障的監(jiān)視。

2）協(xié)調(diào)方案2

發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和失步保護(hù)的沖突協(xié)調(diào)方案2為：將阻抗角的變化量方向概念引入其中，假設(shè)測(cè)量阻抗的軌跡按照順時(shí)針方向進(jìn)行變化，阻抗角的變化量方向?yàn)檎?，而逆時(shí)針方向變化則為負(fù)。其中，阻抗角的變化量采集方式為：根據(jù)一定的額率采取阻抗變化中的點(diǎn)，從而得到它們變化時(shí)在阻抗坐標(biāo)上的角度，假如某電的阻抗角為An，其下一點(diǎn)的阻抗角為An+1，則兩點(diǎn)間的阻抗角變化差為An+1-An，得出了這些值之后，我們便可以根據(jù)變化值的具體情況來判斷阻抗角的變化方向。為了更好地避免失步故障下阻抗曲線落在異步圓的左半圓時(shí)失磁保護(hù)的搶動(dòng)，可以用以下方法加以解決：（若采集的阻抗落在第三象限）根據(jù)采樣點(diǎn)所得的阻抗角變化小于0時(shí)，阻抗的變化方向則為正，此時(shí)開啟失磁保護(hù)；當(dāng)采樣點(diǎn)所得阻抗角變化大于0時(shí)，阻抗角的變化方向則為負(fù)，則是應(yīng)關(guān)閉失磁保護(hù)。采用上述方法，能很好的避免失磁保護(hù)在第三象限中的搶動(dòng)，從而解決兩種保護(hù)產(chǎn)生的沖突。

4 結(jié)論

總之，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和失步保護(hù)的沖突隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，已經(jīng)得到了一定的突破，但是要想實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)更加優(yōu)秀與良好的運(yùn)作，提高其運(yùn)作可靠性與準(zhǔn)確性，就還需要不斷的探索，尋求更好的沖突協(xié)調(diào)方案。

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[2]楊濤，劉棟.G60發(fā)電機(jī)保護(hù)在大型機(jī)組中的應(yīng)用與運(yùn)行分析[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2009，37(11)：112-115.