发电机失磁保护失步保护所用的联系电抗Xc的讨论.docx

发电机失磁保护失步保护所用的联系电抗 Xc 的讨论杨宏宇，范立新，李辰龙，都晨（江苏方天电力技术有限公司，江苏南京市 211102）Discussion of contact reactance Xc for the generator loss of excitation and out of step protectionYang HongyuFan Lixin Li ChenlongDu Chen(Jiangsu Fangtian Power Technology Co.,Ltd. , Nanjing 211102, China)ABSTRACT: The generator loss of excitation using “static stability boundary“ and out of step protection is the premise of a synchronous generator through reactance Xc linked with infinite grid system. In fact, with the change of operation mode, the reactance Xc is changing. The reactance Xc used in the out of step protection and loss of excitation protection is not completely consistent in the and the revision of the Guide. The formula given by the manufacturer instructions is not fully consistent with Guide. So, the calculation of the reactance Xc is more confusion. According to the change ofsystem operation mode, the paper compared the Guide with the revision of the Guide and makes a qualitative analysis on the reactance Xc, proposed amendments, for industry colleagues to discuss.KEYWORDS: generator; loss of excitation protection; out of step protection; static impedance circle; asynchronous impedance circle.摘 要：现有的失步保护和采用以“静稳边界”为判据的发 电机失磁保护前提是一台同步发电机经一定的联系电抗 Xc与无穷大系统相连，实际上，随着运行方式的改变， Xc是变化的。

《大型发电机变压器继电保护整定计算导 则》修订前后对失步保护和失磁保护用到的系统联系电 抗Xc的规定前后不完全一致，保护厂家说明书给出的公 式跟导则亦不完全吻合造成了系统电抗Xc整定计算较 为混乱本文比对导则修订前后的差异，根据系统运行方式的变化，对失磁保护、失步保护的系统联系电抗Xc 进行定性分析，提出了部分修订意见，供业界同仁讨论关键词：发电机；失步保护；失磁保护；静稳阻抗圆； 异步阻抗圆1 前言着发电机组容量不断增大，系统网架逐级扩 大，大型发电机组的安全稳定运行尤为重要发 电机失磁保护与失步保护是网源协调的一项重 要内容失磁保护与失步保护均以阻抗元件作为 重要判据，两者阻抗元件定值整定的合理与否对 电网的安全稳定有着直接影响以“静稳边界”为判据的发电机失磁保护和 失步保护的前提是一台同步发电机经一定的联 系电抗 Xc 与无穷大系统相连现行《大型发电 机变压 器 继电保 护 整定计 算 导则》 DL/T 684-2012（以下简称导则 2012）、被替代的《大 型发电机变压器继电保护整定计算导则》DL/T 684-1999（以下简称导则 1999）有关发电机失 磁保护、失步保护整定计算中所用的发电机机端 与系统等效联系电抗 Xc 的描述与计算公式均不 一致。

发电厂主接线目前有两种：多台发电机组 在主变压器高压侧并联运行、发电机变压器单元 式接入线路运行这两种联系电抗的计算方法有 很大差异所以造成了整定计算工作的混乱本文结合工程实际情况，比对导则 1999 和导则 2012 关于失磁保护、失步保护的要求，就 两者保护中等效联系电抗 Xc 的计算提供不同意U n见，与业界同仁讨论X =Xs ( Xg XT )X （式 2）c X (n 1) X XT2 联系电抗 Xc 在导则中的不一致之处2.1 导则中关于失磁保护联系电抗 Xc 的规定汽轮发电机如图 1 中的圆 2，其整定值为sgTXsX 2nXc Xcon2gn a Sgnnv(式 1)式中：Xt1Xg1Xt 2Xg 2Xt 2X gnXt1Xg1Xcon——发电机与系统间的联系电抗(包括升压 变压器阻抗)标么值(以发电机额定值为基值)，参 见附录 F[1] Xcon——发电机与系统间的联系电抗(包括升压 变压器阻抗，系统处于最小运行方式)标么值(以 发电机额定容量为基准)，参见附录 F[2]图 2 电厂主接线及其等值电路Fig.2 The main wiring of power plant and its equivalent circuit笔者认为式 2 可以用于失磁保护，但不适用于失步保护。

具体见下文分析2.2 导则中关于失步保护联系电抗 Xc 的规定 a)三元件失步保护中 Z ＝X ： ac 导则 1999 注明 Xc——系统联系电抗；未提 及联系电抗的计算方法导则 2012 注明 Xs——最大运行方式下的系 统电抗b)双遮挡器原理失步保护中，导则 1999 未提及系统联系电抗 Xc 及其计算 方法图 1 阻抗动作特性导则 2012 给出 X X =X X ；注明 Xs——Fig.1 The action characteristics of impedance 1—异步边界圆；2—汽轮发电机静稳边界圆 依照导则附录 F 的规定，失磁保护静稳圆联BcsT最大运行方式下的系统电抗c)双阻抗元件失步保护中，导则 1999 以双透镜阻抗元件为例，注明 OB 系电抗 Xc 应按照式 2 计算导则 1999 中前后一＝Xc.max即自机端向系统观察的最大联系电抗导则 2012 明确采用系统最小运行方式下的Xs，这与参见附录 F 的 Xc（系统最大运行方式）导则 2012 未提及依照导则附录 F 的规定，失步保护阻抗区域 自相矛盾联系电抗 Xc应按照式（F1）计算三元件和遮 导则附录 F 设某电厂具有同容量的 n 台机，均呈发电机变压器组接线，在高压侧并联运行， 电力系统归算至该厂高压母线的系统等值电抗为 Xs，其接线及等值电路如图 2。

假设对 1 号机 的保护装置 K 进行整定计算，已知保护装于机 端[1-2]在对发电机的失磁保护、失步保护等进行整 定计算时，均需应用到所整定机组对系统的联系 电抗 Xc：挡器原理失步保护中导则 1999 未明确说明联系 电抗 Xc 的计算方法，导则 2012 明确说明联系电 抗 Xc 为最大运行方式的值由上可知，修订后的导则 2012 与导则 1999有细微的变化导则 2012 对失磁保护静稳圆联 系电抗 Xc 前后矛盾，笔者以为应该按照附录 F 的式（F1）进行计算，取最大运行方式下的等效 电抗导则 2012 对失步保护系统联系电抗是最jXXcXaRXb大运行方式下的等效电抗，但是笔者认为更应该 选取最小运行方式下的系统电抗其采用大方式 的等效电抗也不宜按照导则附录 F 的式（F1） 进行计算具体分析如下3 失磁保护静稳圆联系电抗 Xc 的分析3.1 失磁保护阻抗元件整定的要求[3-4]a.灵敏检测发电机低励、失磁故障b.确保阻抗元件在励磁系统低励限制线之 后动作c.尽可能克服或减小非失磁故障状态下的 误动3.2 失磁保护的静稳极限阻抗圆对于汽轮发电机组，当功角 δ=900 时，发电 机处于失去静态稳定的临界状态，称为临界失步 点。

发电机在输出不同有功功率 P 而临界失稳 时，发电机机端测量阻抗的轨迹呈现一个圆特 性；即静稳阻抗圆或等无功阻抗圆(图 1 中圆 2) 该圆交 X 轴于+Xc 和-Xd，Xc 系统等效联系电抗， Xd 为发电机同步电抗圆内为静稳破坏区[5]在临界静稳极限时，发电机处于同步运行的边界，其等值电抗以同步电抗 Xd 为限；从机端 向外看，等值电抗为 Xc=Xs+Xt，Xs 为系统电抗， Xt 为变压器阻抗发电机失磁后，机端测量阻抗 沿着等有功阻抗圆向阻抗平面的第四象限移动 实际上，随着运行方式的改变，Xs 是变化的；而 失磁保护静稳圆的阻抗定值是固定的等效系统为小方式 Xc.max 时，在不同有功出 力下，机组分别从 b1、b2、b3 点后即真正进入 失磁阻抗区域如果静稳圆上限按照系统等效大 方式 Xc.min 计算，保护定值却从 c1、c2、c3 点才 判机组失磁如图 3 所示失磁保护阻抗定值可 靠动作jXjXc.max jX c.minP  P  P123RjXd图 3 小方式下机端测量阻抗运行轨迹Fig.3 The measurement impedance trajectory on the minimum operation mode等效系统大方式 Xc.min 时，在不同有功出力 下，机组分别从 c1、c2、c3 点后才真正进入失 磁阻抗区域。

如果静稳圆上限按照系统等效小方 式 Xc.max 计算，保护定值却提前从 b1、b2、b3 点后即判机组失磁如图 4 所示失磁保护阻抗 定值存在误动作可能jXjXjXc.maxc.minP1  P2  P3RjXd图 4 大方式下机端测量阻抗运行轨迹Fig.4 The measurement impedance trajectory on the maximum operation mode所以，发电机失磁保护静稳圆上限阻抗值应该按照导则 2012 附录 F 的公式（F1）进行计算， 以保证机组在不同运行方式下，失磁保护阻抗区 域可靠动作，不误动4 失步保护联系 Xc 的分析4.1 失步保护的基本要求[3-4]a.尽快检出失步故障，及早采取增加或减少 原动机出力等抑振措施，以避免失步跳闸b.有鉴别短路与振荡、失步振荡与同步摇摆 cd''2211d的能力c.失步保护动作先动作于信号，必要时再动 作跳闸4.2 失步保护原理分析汽轮发电机组与系统发生振荡且功角 δ=900 时，发电机处于失去静态稳定的临界状态发电 机在输出不同有功功率 P 而临界失稳时，发电机 机端测量阻抗的轨迹亦呈现一个圆特性；即临界 失步圆或等无功阻抗圆(图 5 中圆 1)。

该圆交 X 轴于+Xc 和 X ' ，Xc 为系统等效联系电抗，X '抗 Xc 同样是变化的；而失步保护的阻抗定值是 固定的双遮挡器原理的失步动作阻抗特性如图 6 所示在系统小方式（联系电抗为 Xc.max）下， 如果测量阻抗的轨迹只进入 R1 就返回，说明电 力系统发生了稳定振荡，保护不动作；如果测量 阻抗的轨迹先后穿过 R1 及 R2，说明电力系统发 生了非稳定性振荡，保护动作发信号[5]失步保护定值按照小方式等效电抗 Xc.max 整定、系统运行于大方式时，如图 6 所示失步振dd'为发电机暂态同步电抗（不同于发电机失磁时同 步电抗 X。