竇君

摘要：電力系統(tǒng)是一個龐大而復雜的人工控制系統(tǒng)，隨著機組容量和電網規(guī)模的擴大，電網風險也在不斷加大。其中，發(fā)電機勵磁系統(tǒng)對機組和電網的安全尤為重要。發(fā)電機失磁不僅會引起機組的振動和局部過熱，還會出現(xiàn)反向無功造成電網的電壓下降。失磁保護做為機組和電網安全的一道屏障，最大限度的發(fā)揮著繼電保護的防線作用。因此，合理的配置失磁保護判據(jù)和進行整定計算使保護功能得到穩(wěn)定和優(yōu)化顯得至關重要。

關鍵詞：失磁保護；反向無功；整定計算

發(fā)電機在運行過程中失去勵磁電流使轉子磁場消失，叫做發(fā)電機失磁。發(fā)電機失磁引起的機組振動和局部過熱不僅會損壞機組設備，還會因為出現(xiàn)反向無功而造成電網的電壓下降。失磁保護做為機組和電網安全的一道屏障，最大限度的發(fā)揮著繼電保護的防線作用。按照最新的電力生產反措要求，發(fā)變組保護裝置應取消勵磁電壓這一模擬量開入。勵磁電壓判據(jù)是失磁保護中最可靠的一個邏輯判據(jù)條件，為保證機組和電網運行的穩(wěn)定加強對失磁保護的研究，找到一個合理而可靠的失磁保護配置和整定計算方案是十分必要的。

1 失磁保護的典型配置

運行中的發(fā)電機失去勵磁時，電網規(guī)定：經過試驗證明允許無勵磁運行且不會使系統(tǒng)失去穩(wěn)定者，在系統(tǒng)電壓允許的條件下，可不急于立即停機而應迅速恢復勵磁。不符合上述要求的，失磁后應立即將發(fā)電機解列。發(fā)電機失磁后，相當于一臺電動機從系統(tǒng)吸收無功供給定子和轉子產生磁場用。當發(fā)電機的單機容量與電力系統(tǒng)總容量之比越大時，對電力系統(tǒng)的不利影響就越嚴重[1]。

失磁保護，主要利用發(fā)電機失磁后的參數(shù)變化特點構成：（1）國內比較普遍采用的保護主判據(jù)有靜穩(wěn)阻抗圓和異步邊界圓[2]。失磁的危害判據(jù)有系統(tǒng)低電壓和機端低電壓，用來判別發(fā)電機失磁對系統(tǒng)和廠用電的影響。（2）靜穩(wěn)極限圓和異步邊界圓做為判據(jù)的失磁阻抗繼電器能夠鑒別正常運行與失磁故障。但在發(fā)電機外部短路故障、系統(tǒng)振蕩、線路充電及電壓回路斷線等情況下失磁保護可能誤動作，因此增設輔助判據(jù)才能保證保護的選擇性。常用的輔助判據(jù)有勵磁電壓，負序分量。（3）系統(tǒng)振蕩過程中，機端測量阻抗軌跡只可能短時穿過失磁繼電器的動作區(qū)而不會長時間停留在動作區(qū)內，因此失磁保護帶有延時可以躲過振蕩的影響。

2 反向無功判據(jù)的應用

最新的電力生產反措要求，發(fā)變組保護裝置應取消勵磁電壓的模擬量開入。由于國內裝置的失磁保護普遍采用勵磁電壓做為判據(jù)條件，為保證機組和電網運行的穩(wěn)定需要加強對失磁保護的研究，找到一個合理而可靠的失磁保護配置和整定計算方案。

針對失磁保護的配置現(xiàn)狀，從發(fā)電機失磁后的參數(shù)變化特點提出采用反向無功做為失磁保護主判據(jù)的解決方案。該判據(jù)的失磁保護直接反應發(fā)電機失磁后的機組從系統(tǒng)吸收無功的程度和定子過電流的情況[3]。發(fā)電機失磁保護應用反向無功判據(jù)的配置方案（南瑞RCS-985A）如下：

（1）失磁I段：定子阻抗判據(jù)，延時0.5～1.0S，動作于報警信號。

（2）失磁Ⅱ段：定子阻抗判據(jù)+機端低電壓+反向無功判據(jù)，延時0.5S停機。

（3）失磁Ⅲ段：定子阻抗判據(jù)+反向無功判據(jù)，延時1.0S，動作于停機。

發(fā)電機反向無功判據(jù)與異步邊界阻抗圓配合，一般按額定有功功率的10%～20%整定。阻抗圓類型可通過控制字“阻抗特性”選擇，反向無功判據(jù)與阻抗判據(jù)結合，通過控制字“無功反向判據(jù)投入”選擇。阻抗圓的選取不局限于異步阻抗圓、靜穩(wěn)邊界圓，工程實際使用可以選擇兩種阻抗特性之間的阻抗圓，兼顧可靠性和快速性，具體配合方式如圖所示。

3 反向無功定值的整定計算

發(fā)電機參數(shù)：額定有功320MW，額定電壓20kV，額定定子電流為10867.8A，CT變比15000/5A，PT變比20/0.1kV。發(fā)電機組勵磁調節(jié)系統(tǒng)的低勵限制定值和失磁保護定值，如下表所示：

通過計算，分析反向無功定值在不同有功負荷下與失磁阻抗圓的邊界關系，并和勵磁限制考慮配合性。由于勵磁系統(tǒng)的低勵限制采用多折線的形式，分別對不同有功負荷下的定值可靠性進行計算分析：

3.1 320MW有功負荷

根據(jù)反向無功定值可以計算出實際的無功功率為-64MVar，此時對應發(fā)電機阻抗角為：

驗證分析：320MW有功負荷時，反向無功判據(jù)定值在低勵限制和失磁保護的靜穩(wěn)圓之間，滿足可靠性要求。

3.2 240MW有功負荷

驗證分析：根據(jù)上述計算過程240MW有功負荷時，反向無功判據(jù)定值在失磁保護的靜穩(wěn)圓之外，由于低勵限制值的絕對值小于無功判據(jù)值的絕對值，勵磁限制會先于保護動作，滿足可靠性。

3.3 160MW有功負荷

驗證分析：根據(jù)上述計算過程160MW有功負荷時，反向無功判據(jù)定值在失磁保護的靜穩(wěn)圓之外，由于低勵限制值的絕對值小于無功判據(jù)值的絕對值，勵磁限制會先于保護動作，滿足可靠性。

3.4 80MW有功負荷

（1） RCS-985A失磁保護的異步圓動作邊界方程：

將P=80MW，Q=-80MVar對應的機端測量阻抗R和X代入邊界方程中，結果大于245。雖然低勵限制的絕對值大于反向無功判據(jù)的絕對值，但是不會滿足低電壓和阻抗判據(jù)條件。

（2）WFB-800失磁保護采用靜穩(wěn)圓，雖然低勵限制和反向無功判據(jù)條件進入圓內，可選擇只投入II段定值，既阻抗+低電壓判據(jù)。

驗證分析：根據(jù)上述計算過程80MW有功負荷時，反向無功判據(jù)定值，滿足可靠性。

4 研究結論

本文重點探討反向無功做為發(fā)電機失磁保護判據(jù)的合理性和可靠性，通過計算反向無功定值在不同有功負荷下與失磁阻抗圓的邊界關系，來分析勵磁限制考慮配合性。該配置方案已成功運用于320MW大型發(fā)電機組的失磁保護上，通過理論分析、試驗調試和實際運行情況證明，反向無功做為失磁保護的判據(jù)條件對提高機組的穩(wěn)定運行水平和降低保護的誤動率具有非常重要的意義。

參考文獻：

[1]孟凡超，吳龍.發(fā)電機勵磁技術及事故分析.中國電力出版社，2008.

[2]姜晟.發(fā)電機失磁保護的主要判據(jù)[J].工程與技術，2006（05）.

[3]薛伊琴.發(fā)電機失磁保護原理的比較和分析[J].繼電器，2005，33（20）.