失磁保护的构成方式

7.5.4　失磁保护的构成方式

失磁保护应能正确反应发电机的失磁故障，而在发电机外部故障、电力系统振荡、发电机自同步并列以及发电机低励磁（同步）运行时不误动作。

根据发电机容量和励磁方式的不同，失磁保护的方式有如下两种：

1）利用自动灭磁开关联锁跳开发电机断路器

过去发电机失磁保护都是采用这种方式。但实际上发电机失磁并不都是由于自动灭磁开关跳开而引起的，特别是当采用半导体励磁系统时，由于半导体元件或回路的故障而引起发电机失磁是可能的，而在这种情况下保护将不能动作。因此这种保护方式一般使用于容量在100MW以下带直流励磁机的水轮发电机以及不允许失磁运行的汽轮发电机上。

2）利用失磁后发电机定子各参数变化的特点构成失磁保护

这种方式的保护所反应的发电机定子参数的变化如：机端测量阻抗由第一象限进入第四象限，无功功率改变方向，机端电压下降，功角δ增大，励磁电压降低等。目前对容量在100mW以上的发电机和采用半导体励磁的发电机，普遍增设了这种方式的保护。

（1）图7.25所示为汽轮发电机失磁保护装置（动作于跳闸）的一种构成方式。图中阻抗元件Z是失磁故障的主要判别元件，可按临界失步阻抗圆进行整定；母线低电压元件（U_f＜）用以监视母线电压，按保证电力系统安全运行所允许的最低电压整定，是失磁故障的另一个主要判别元件；励磁低电压元件（U_fd＜）用作闭锁元件，一般按躲开空载运行时的最低励磁电压整定，但应考虑在满载运行情况下部分失磁时，继电器可能拒动。

图7.25　汽轮发电机失磁保护原理方框图

当发电机失磁时，阻抗元件和励磁低电压元件动作，启动＆₂，立即发出发电机已失步的信号，并经t₂延时后，通过≥1动作跳闸。延时t₂用以躲开系统振荡或自同步并列时的影响，一般取为1～1.5s。

如果失磁后，机端电压下降到低于安全运行的允许值，则母线低电压元件动作，此时＆1启动，经t₁延时后，通过≥1动作跳闸。延时t₁用以躲开振荡过程中的短时间电压降低或自同步并列时的影响，一般取0.5～1s。

由于有U_fd＜元件的闭锁，因此在短路故障以及电压互感器回路断线时，＆₁和＆₂都不可能启动，因而保护装置不会误动作。当电压互感器回路断线时，U_f＜或Z误动作后，均可发出电压回路断线信号。当励磁回路电压降低时，U_fd＜动作，发出信号。

（2）图7.26所示为一种新型的、整定值能自动随有功功率P变化的转子低电压失磁继电器（简称U_L－P继电器）作主要判据而构成失磁保护的方案。

图7.26　以U_l-P继电器为主要判据构成失磁保护的方案框图

U_L－P继电器的主要特点是它的整定值随着发电机有功功率的增大而增大，从而可以灵敏地反应发电机在各种负荷状态下的失磁故障，当失磁后励磁电压降低到整定值时（此时尚未失步，而是预告了必然要失步），它可以比静稳边界提前约1s的时间而动作，使发电机减载，从而更容易获得减载的效益，例如恢复同步或者进入较小转差率下的异步运行。

继电器动作后，经t₁延时0.2s使发电机减载。当达到静稳边界时，反应定子判据的阻抗元件Z动作、两者组成与门后可使发电机跳闸。在发电机失磁、δ越过180°之后，转差率S、功率P、励磁电压U_fd等均将出现较大的波动，此时由于U_L－P继电器定值的变化，可能出现无规则的动作和返回，为了保证δ越过180°之后，保护装置可靠动作，增设了t₂延时返回（或记忆）的回路。

对于用其他方式构成的失磁保护以及水轮机失磁保护的特点，本书从略。