发电机失磁保护误动作分析处理

古文新

摘要：由发电机失磁故障引发系统性生产事故，一旦发生失磁，發电机组必须尽快解列切除，确保供电系统安全运行。另发电机组突然解列跳机，对于水轮发电机，由于平均异步转矩最大值小，以及转子在纵轴和横轴方面不对称，在重负荷下失磁运行时，也将出现类似情况，这种情况下将有很大甚至超过额定值的电机转矩周期性地作用到发电机的轴系上，并通过定子传递到机座上，此时，转差也作周期性变化，其最大值可能达到4%～5%，发电机周期性地严重超速。这些情况，都直接威胁着机组的安全。对火电机组，又会严重危及锅炉系统、汽轮机系统和煤气系统的安全运行。本文针对发电机失磁保护误动作分析处理开展分析。

关键词：失磁保护;失磁故障;发电机运行

1、失磁保护动作情况说明

发电机在失磁保护动作后，电气检修人员立即到现场对失磁跳闸原因进行检查，发变组保护装置、励磁系统及其他电气设备无故障情况发生，发电机确实失磁，保护动作正确。调取了故障录波器故障波形，进一步分析失磁原因，具体波形见图1：

图1 故障滤波图

通过故障录波器我们可以看出，在发电机失磁t2t3保护动作前1.763秒，励磁电流突然下降，随之励磁电压也随之下降，在失磁保护动作后2.5秒，发电机出口断路器断开。检查DCS后台记录，在励磁电压和电流降低时，发电机各项指标正常，发电机有功和无功功率也正常，并无异常波动，在发电机保护去断开发电机出口断路器的同时，灭磁开关也同时断开。

2、失磁动作原因的初步分析与排除

发电机失磁指发电机正常运行下，励磁系统调节异常或故障使励磁电压异常降低或消失，从而导致发电机与系统间失步。 根据现场运行情况，可能出现失磁原因有以下 4 种。（1） 发电机转子清扫后，发电机振动增大引起碳刷打火，碳刷夹多处频繁断裂。（2） 定值变更后，定值计算错误。（3）励磁调节系统已使用多年，存在一定故障的可能性。（4）微机继电保护装置已使用多年，存在一定故障的可能性。基于上述原因，通过改善发电机振动，减少碳刷打火、碳刷夹断裂情况，请设计院重新计算保护定值、励磁系统进行各项运行检查试验、微机继电保护装置进行试验后，失磁动作仍然未消除。 重新梳理发生失磁动作时的系统运行情况，根据现场运行人员提供没有更换变压器以前偶尔也会失磁动作，只是比较少，每次重新开机又可以正常使用一段时间，再通过分析失磁动作时无功变化，发现其中规律，发电机高负荷运行时与系统内有大功率电动机启动时容易发生失磁。 根据这种现象，初步判断为微机继电保护方面出现问题，但问题具体出在哪，则进行进一步的分析。

3、误动作原因的发现与分析

根据发电机的运行时电压超前电流，保护装置采用0°接线方式（U ab、I ab）Uab/Iab计算得到大概运行稳态异步阻抗，计算后在第三象限，经分析在第三象限代表有功功率、无功功率都为负值，而代表有功功率的负值逆功率保护并未动作，而失磁动作延时期间发电机组正常运行，不可能出现逆功率，励磁电压也正常。根据上述条件基本判断失磁为误动作。通过正常运行时实时数据，发现Ia为180度角，经分析保护电流Ia、Ib、Ic可能接反或接错，因失磁保护为发电机重要保护，为进一步查找原因，对发电机机端与中性点分别加入保护电流，在对比失磁保护用电流，失磁保护用电流与中性点电流方向相同与发电机机端电流方向相反，检查保护二次回路，发现失磁用保护电流确实从发电机中性点电流互感器引出，A相B相C相相序未接错，认真核对失磁保护说明，失磁保护并未定义保护电流需采样发电机机端电流。基于0°接线方式要求，认定保护电流需采样于发电机机端电流。

4、发电机运行状态失磁保护动作判断依据及优化建议

4.1常见失磁保护动作判断依据及问题

国内常见的失磁保护判断依据主要包括：（1）判断转子低电压状态，涉及变励磁电压、等励磁电压等依据;（2）根据机端定子阻抗判断，主要判断依据为静稳边界阻抗圆、异步边界阻抗圆的特性;（3）根据三相同时低电压状态进行判断，主要依据来源于主变高压侧低电压、机端低电压等;（4）根据逆无功进行判断。结合实践，以上常见的失磁保护判断并不完善，如利用“转子低压判断”作为依据时，Ui-P判据较为灵敏。但也正因为它动作迅速、无需转子机械过程的特点，容易出现误动的现象。此外，如果多个发电机采取并列运行时，其中某一台发电机失磁并不能保障高压侧母线电压降低，从而导致判据不足而不能产生保护动作。

4.2不同发电机组类型的失磁保护动作判断优化建议

第一，针对失磁保护按照静稳极限阻抗圆设定的发电机组而言，由于运行能力存在限制，从而导致保护动作的反应敏捷性收到影响。因此，可以对发电机组进行改造，其失磁保护以异步边界阻抗圆标准进行调整。第二，针对运行发电机组出现额定负荷状态下失磁现象，其失磁保护的动作比迟相运行更为快速，可通过额定负荷监测、调整实现需求。第三，针对进行运行发电机组出现的空载失磁现象及失磁保护反应慢的现象，可利用发电机组增设逆功率保护解决。尤其为避免运行机组在空载附近呈现的失磁时间较长的特点，通过逆功率保护动作，可以将出现失磁现象的发电机组从系统中快速切除。此外，也可以依据静态稳定极限、异步阻抗等展开失磁保护误动的优化，但侧重大功率、单机型机组，有一定局限性。

结束语

发电机失磁保护属于发电机继电保护的一种形式，当发电机运行时励磁突然消失或呈现状态时，励磁电流迅速衰减到零位，进而导致发电机与发电系统同步脱离，处于保护机制发电机出口断路器做出动作，实现发电机与电网的脱离，从而保护电网安全。结合实践，发电机失磁保护配置一般设计在保护柜中，励磁系统的失磁、极限功能是否可以确保发电机失磁保护判断正确，则需要保护人员进行验证。文章中分别介绍了发电机失磁保护的构成、配置模式和出口逻辑，进一步探讨不同原理下的发电机运行失磁保护动作优化措施。

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