基于导纳测量方法的发电机失磁保护-西门子电力自动化有限公司.PDFVIP

基于导纳测量方法的发电机失磁保护 ——极为贴近发电机的运行极限图 Dr. Hans-Joachim Herrmann1 高迪军2 (1 西门子股份公司输配电集团能源自动化部，德国纽伦堡； 2 西门子电力自动化有限公司产品经理，南京 211100) 【摘 要】本篇文章将关注发电机的失磁保护，并且介绍用于失磁保护的导纳测量技术。这其中包含了相关 的理论基础知识，以便于更加清晰地描述失磁特征。发电机的导纳特性源于其稳定极限，文中描述了如何 从发电机的运行极限图变换得到导纳特性，然后对导纳测量和阻抗测量进行比较。介绍完“导纳测量技 术”和典型的保护特性以后，再介绍一些实际应用。这些应用实例集中在如何整定失磁保护的定值，文中 还以图解的方式示出了如何将现有保护中的阻抗定值转换为导纳定值。 【关键词】发电机保护 微机保护 失磁 静态稳定 阻抗测量 导纳测量 1. 介绍 导致发电机部分失磁或者完全失磁的原因很多，包括励磁回路的短路、灭磁开关跳开、自动电压调节器错 误动作、错误地控制发电机和变压器以及发电机带容性负载运行等。在本篇文章中，失磁指的是同步电机 的励磁，小于特定功率水平下同步电机稳定运行所需要的励磁值，这里的励磁极限决定了发电机的静态稳 定特性。如果励磁系统不能满足发电机所需的无功需求，那么发电机就会超出稳定极限。同步电机产生滑 差，并且从系统中吸收无功。 根据发电机的结构、励磁系统的类型、系统工况、原动机功率的大小以及电压和功率调节器 (AGC) 作用的 不同，在发电机失磁时可能会导致转子加速、转子和定子局部过热、转子过电压、对基础部分产生机械应 力以及系统振荡等。为了阻止，或者至少是限制这些有害作用的持续时间，就需要配置失磁保护，来检测 （失磁）故障产生的原因并且快速地跳开发电机。 失磁保护可以采用不同的原理和判据。阻抗测量的方法 [文献1, 2] ，就是一种广泛应用的测量原理。失磁 保护之所以选择阻抗测量方法，无外乎是因为阻抗测量方法在机电式继电器中已经广泛采用并且很成功。 但是，大约在35 年以前，西门子公司却走了一条不同的路线 [文献3, 4]。这是一种全新的失磁保护解决方 案。一方面，失磁保护的动作特性可以直接从发电机的运行极限图上获得。另一方面，失磁保护的动作特 性与发电机机端电压的波动无关。这种原理的失磁保护需要将发电机的运行极限图变换到导纳平面，并且 评估发电机的导纳测量值。 2. 发电机运行极限图 为了方便下面的论述，在这里对一些基本的电气量做相应的定义： - 符号约定： 输出功率(P, Q 0)为正值 - 视在功率： 符号S，单位VA (kVA, MVA) - 有功功率： 符号P，单位W (kW, MW) - 无功功率： 符号Q，单位Var (kVar, MVar) - 如果采用 标幺值 (p.u.) ，那么要用到额定视在功率SN 、额定电压VN 、额定电流IN 等发电机的 铭牌数据进行相应的转换计算。 根据笛卡尔坐标系的定义 (x-轴 = 实部分量，y-轴 = 虚部分量), 第一象限为发电机的运行范围 (P 0 以及 Q 0) 。在欠励磁的工况下，发电机运行在第四象限 (P 0 以及 Q 0) 。如果用图形的方法来描述失磁保 护的话，失磁区域应该位于第四象限。为了视图的方便，通常将发电机运行极限图按照坐标原点做镜像处 理，将第四象限旋转到左边。本文中以后的相关描述都采用这种视图方法。 596 第一届水力发电技术国际会议论文集（第一卷） 图 1 ：发电机运行极限图的不同视图方法 静态稳定极限来自于发电机的有功功率和无功功率计算公式 [文献5, 6]。公式 (1) 和公式 (2) 是发电机输出 功率的通用计算公式，可以用来直接计算凸极式发电机，这是考虑到凸极式发电机的直轴电抗参数和交轴 x - x 电抗参数不同。由于x 和x 不相等，从而形成一个直径为 V