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摘要：同步发电机失磁保护是电力系统继电保护中的一个重要保护，对于维护发电机和系统稳定运行都具有重要意义。由于其配置方案较多较复杂，实际中所用的励磁保护其动作效果并不理想，尚存在保护误动现象。本文结合某发电厂失磁保护误动实际状况，深入分析误动原因并采取有效措施，成功运用于两台300MW的大型发电机组上，取得良好效果。
关键词：发电机；失磁保护；误动；改进
【分类号】：TM31
1.引言
励磁系统是同步发电机的重要组成部分，发电机发生失磁故障后，失磁保护能否正确动作切除故障，对电力系统及发电机的稳定运行都具有十分重要的影响。
励磁系统相对较为复杂，主要包括励磁功率单元和励磁控制部分，因而励磁故障的发生率在发电机故障中是较高的。发电机失磁故障不及时切除，发电机将过渡到异步运行，转子出现转差，定子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，无功功率反向并且增大；在转子回路中出现差频电流；电力系统的电压以及机端电压下降。由此可见，发电机失磁故障严重影响大型机组的安全运行。
由于发电机失磁保护的判据较多，闭锁方式和出口方式也较多，因此失磁保护的配置目前在所有发电机保护中最复杂，种类也最多。失磁保护的误动和拒动成为发电机安全稳定运行的事故隐患。
2.失磁保护的主判据
发电机组失磁保护典型配置逻辑框图如下：
图中Ufd﹤——励磁低电压判据。
Zg﹤——阻抗圆判据。
Uh﹤——系统低电压判据。
Ug﹤——机端低电压判据。
本方案的特点：
（1）Ufd（P）判据直接反映励磁电压，最直接地反映了一切低励和失磁故障；变励磁低电压判据也是最灵敏，动作最快的主判据，是唯一能可靠地反映低励故障的判据。
（2）失磁保护的三个主判据，其灵敏度从高到低依次为转子低电压、阻抗圆Zg<、系统低电压。鉴于系统低电压判据在较多情况下并不能可靠动作，因此不能将它作为跳闸出口的必要条件，而是作为加速跳闸的因素。
（3）本方案将转子低电压“与”阻抗圆Zg<判据，经一较长延时t2出口跳闸；若系统低电压判据又同时满足，表示系统无功储备已不足，则不经长延时t2，而是经短延时t1出口跳闸。
3.保护误动的原因分析
某大型发电厂发电机失磁保护最初就采用了以上保护判据，由于各种原因，在机组实际运行过程中，该保护的正确动作率仅为50%，究其原因，主要有以下几个方面：
（1）电压互感器选型不当。保护装置内电压互感器变比为57.5/5，使失磁保护系统电压判据只能取相电压，但系统相电压容易发生波动，如中性线接地不好，负载发生不对称时，可能使系统电压达到动作值而发生误动。
（2）系统相电压判据不可靠。失磁保护中系统电压判据为相电压，其出口方式是经短延时发电机解列灭磁。而在机组运行过程中，系统相电压经常发生波动，若其波动至失磁保护系统电压整定值且阻抗判据和励磁电压判据同时满足，则运行人员来不及处理就会短时发生跳闸，造成不必要的停机。
（3）阻抗判据不完善。发电机失磁后可通过阻抗圆直接延时发信、减出力等（或切换励磁），可能使励磁恢复正常，避免不必要的停机。现阻抗判据无直接出口方式，只有阻抗判据“与”转子低电压，经延时t2出口跳闸。电力系统周期性振荡时，振荡电流增大，电压下降，阻抗继电器可能动作，将造成保护装置误动作。因此，在阻抗判据内部需要增加躲振荡延时。
（4）励磁电压判据不可靠。励磁电压判据采用变励磁电压判据Ufd，即在发电机带有功P的工况下，根据静稳极限所需的最低励磁电压来判别是否已失磁。正常运行情况下，励磁电压不会低于空载励磁电压。Ufd判据十分灵敏，能反映出低励的情况，但整定计算相对复杂。因为Ufd是转子系统的电气量，为直流量，而功率P是定子系统的电气量，为交流量，两者在一个判据进行比较。如果整定不当很容易导致误动作。而且当转子电压检测点到转子绕组之间发生开路时，励磁电压判据可能拒动。逻辑励磁电压判据Ufd直接出口，存在误动和拒动的可能性。
（5）逻辑不完善。发电机失磁后，可能进一步导致机端电压下降，如不及时采取措施可能导致厂用系统失电，造成事故的扩大。而此逻辑中无机端电压判据。
（6）温度。励磁间与保护间安装有空调，并要保证了温度在规定的5—35℃之间，以满足保护设备工作要求。
（7）电磁干扰：发变组保护小间应有严格的禁用无线电管理规定，屏蔽措施到位。
4.改进措施
（1）更换新的电压互感器。针对保护装置内电压互感器变比为57.5/5，使失磁保护系统电压判据只能取相电压。对所有不合格电压互感器进行更换，将型号为TBD-TV122C变比为57.5/5的电压互感器更换为型号TBD-TV121变比100/5。
（2）更改系统电压接线。针对系统相电压易发生波动造成保护误动现象，对系统电压到保护装置的内部接线重新配线。
（3）更改系统电压定值。原方案系统电压定值按相电压整定，现系统电压判据已改为线电压，原定值已不满足要求，须重新计算系统电压定值。
（4）更改阻抗判据逻辑。原阻抗判据无直接出口方式，为了使发电机失磁后通过阻抗圆直接延时发信、减出力，使励磁恢复正常，避免不必要的停机，重新修改逻辑，增加阻抗判据直接出口方式，并在逻辑内部增加躲振荡延时。
（5）修改励磁电压判据。原逻辑励磁电压判据Ufd直接出口，存在误动和拒动的可能性。针对这一问题，将励磁电压判据与阻抗判据“与”后出口。
（6）全面完善保护逻辑，增加机端电压判据。
综合以上措施，重新修改保护动作逻辑如下图：
5.与原方案比较
从修改后的逻辑可以看出。失磁保护阻抗圆Zg<判据满足内部延时1.5〞经t1发信号，经t2（长延时50S）程序跳闸。转子低电压Vfd<判据“与”阻抗圆Zg<判据经t1发信号，经t2程序跳闸。若机端低电压Ug<判据同时满足，则经t4切厂用，保证厂用系统可靠供电。若系统低电压Uh<判据同时满足，表示系统无功储备已不足，发电机失磁已造成对电力系统安全运行的威胁，则经t3解列灭磁。
此逻辑体现一个原则：发电机正常运行时，避免发电机失磁保护误动。发电机失磁后，电力系统或发电机本身的安全运行遭到威胁时，将故障的发电机切除，以防故障扩大。在发电机失磁而对电力系统或发电机的安全不构成威胁时，则尽可能推迟切机，运行人员可及时排除故障，避免切机。
6.结论
本文所提出的失磁保护改进方案，经历了实际运行中多种类型低励失磁故障的考验和进相运行实验，特别是在新丰热电厂两台300MW机组的长周期稳定运行过程中发挥了重要作用。将其作为典型配置方案，推广运用于同类机组保护中，必将进一步提高失磁保护的可靠系数，为确保机组安全稳定经济运行增加重要保障。
参考文献：
[1] 殷建刚，彭丰.发电机失磁保护的动作分析和整定计算的研究，2000，（7）.
[2] 姚晴林，张学深，张项安.微机UL-P型转子低电压失磁继电器动作方程及整定计算的研究，2000，（7）.
[3] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用.北京：中国电力出版社，1996. 3.1
关键词：发电机；失磁保护；误动；改进
【分类号】：TM31
1.引言
励磁系统是同步发电机的重要组成部分，发电机发生失磁故障后，失磁保护能否正确动作切除故障，对电力系统及发电机的稳定运行都具有十分重要的影响。
励磁系统相对较为复杂，主要包括励磁功率单元和励磁控制部分，因而励磁故障的发生率在发电机故障中是较高的。发电机失磁故障不及时切除，发电机将过渡到异步运行，转子出现转差，定子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，无功功率反向并且增大；在转子回路中出现差频电流；电力系统的电压以及机端电压下降。由此可见，发电机失磁故障严重影响大型机组的安全运行。
由于发电机失磁保护的判据较多，闭锁方式和出口方式也较多，因此失磁保护的配置目前在所有发电机保护中最复杂，种类也最多。失磁保护的误动和拒动成为发电机安全稳定运行的事故隐患。
2.失磁保护的主判据
发电机组失磁保护典型配置逻辑框图如下：
图中Ufd﹤——励磁低电压判据。
Zg﹤——阻抗圆判据。
Uh﹤——系统低电压判据。
Ug﹤——机端低电压判据。
本方案的特点：
（1）Ufd（P）判据直接反映励磁电压，最直接地反映了一切低励和失磁故障；变励磁低电压判据也是最灵敏，动作最快的主判据，是唯一能可靠地反映低励故障的判据。
（2）失磁保护的三个主判据，其灵敏度从高到低依次为转子低电压、阻抗圆Zg<、系统低电压。鉴于系统低电压判据在较多情况下并不能可靠动作，因此不能将它作为跳闸出口的必要条件，而是作为加速跳闸的因素。
（3）本方案将转子低电压“与”阻抗圆Zg<判据，经一较长延时t2出口跳闸；若系统低电压判据又同时满足，表示系统无功储备已不足，则不经长延时t2，而是经短延时t1出口跳闸。
3.保护误动的原因分析
某大型发电厂发电机失磁保护最初就采用了以上保护判据，由于各种原因，在机组实际运行过程中，该保护的正确动作率仅为50%，究其原因，主要有以下几个方面：
（1）电压互感器选型不当。保护装置内电压互感器变比为57.5/5，使失磁保护系统电压判据只能取相电压，但系统相电压容易发生波动，如中性线接地不好，负载发生不对称时，可能使系统电压达到动作值而发生误动。
（2）系统相电压判据不可靠。失磁保护中系统电压判据为相电压，其出口方式是经短延时发电机解列灭磁。而在机组运行过程中，系统相电压经常发生波动，若其波动至失磁保护系统电压整定值且阻抗判据和励磁电压判据同时满足，则运行人员来不及处理就会短时发生跳闸，造成不必要的停机。
（3）阻抗判据不完善。发电机失磁后可通过阻抗圆直接延时发信、减出力等（或切换励磁），可能使励磁恢复正常，避免不必要的停机。现阻抗判据无直接出口方式，只有阻抗判据“与”转子低电压，经延时t2出口跳闸。电力系统周期性振荡时，振荡电流增大，电压下降，阻抗继电器可能动作，将造成保护装置误动作。因此，在阻抗判据内部需要增加躲振荡延时。
（4）励磁电压判据不可靠。励磁电压判据采用变励磁电压判据Ufd，即在发电机带有功P的工况下，根据静稳极限所需的最低励磁电压来判别是否已失磁。正常运行情况下，励磁电压不会低于空载励磁电压。Ufd判据十分灵敏，能反映出低励的情况，但整定计算相对复杂。因为Ufd是转子系统的电气量，为直流量，而功率P是定子系统的电气量，为交流量，两者在一个判据进行比较。如果整定不当很容易导致误动作。而且当转子电压检测点到转子绕组之间发生开路时，励磁电压判据可能拒动。逻辑励磁电压判据Ufd直接出口，存在误动和拒动的可能性。
（5）逻辑不完善。发电机失磁后，可能进一步导致机端电压下降，如不及时采取措施可能导致厂用系统失电，造成事故的扩大。而此逻辑中无机端电压判据。
（6）温度。励磁间与保护间安装有空调，并要保证了温度在规定的5—35℃之间，以满足保护设备工作要求。
（7）电磁干扰：发变组保护小间应有严格的禁用无线电管理规定，屏蔽措施到位。
4.改进措施
（1）更换新的电压互感器。针对保护装置内电压互感器变比为57.5/5，使失磁保护系统电压判据只能取相电压。对所有不合格电压互感器进行更换，将型号为TBD-TV122C变比为57.5/5的电压互感器更换为型号TBD-TV121变比100/5。
（2）更改系统电压接线。针对系统相电压易发生波动造成保护误动现象，对系统电压到保护装置的内部接线重新配线。
（3）更改系统电压定值。原方案系统电压定值按相电压整定，现系统电压判据已改为线电压，原定值已不满足要求，须重新计算系统电压定值。
（4）更改阻抗判据逻辑。原阻抗判据无直接出口方式，为了使发电机失磁后通过阻抗圆直接延时发信、减出力，使励磁恢复正常，避免不必要的停机，重新修改逻辑，增加阻抗判据直接出口方式，并在逻辑内部增加躲振荡延时。
（5）修改励磁电压判据。原逻辑励磁电压判据Ufd直接出口，存在误动和拒动的可能性。针对这一问题，将励磁电压判据与阻抗判据“与”后出口。
（6）全面完善保护逻辑，增加机端电压判据。
综合以上措施，重新修改保护动作逻辑如下图：
5.与原方案比较
从修改后的逻辑可以看出。失磁保护阻抗圆Zg<判据满足内部延时1.5〞经t1发信号，经t2（长延时50S）程序跳闸。转子低电压Vfd<判据“与”阻抗圆Zg<判据经t1发信号，经t2程序跳闸。若机端低电压Ug<判据同时满足，则经t4切厂用，保证厂用系统可靠供电。若系统低电压Uh<判据同时满足，表示系统无功储备已不足，发电机失磁已造成对电力系统安全运行的威胁，则经t3解列灭磁。
此逻辑体现一个原则：发电机正常运行时，避免发电机失磁保护误动。发电机失磁后，电力系统或发电机本身的安全运行遭到威胁时，将故障的发电机切除，以防故障扩大。在发电机失磁而对电力系统或发电机的安全不构成威胁时，则尽可能推迟切机，运行人员可及时排除故障，避免切机。
6.结论
本文所提出的失磁保护改进方案，经历了实际运行中多种类型低励失磁故障的考验和进相运行实验，特别是在新丰热电厂两台300MW机组的长周期稳定运行过程中发挥了重要作用。将其作为典型配置方案，推广运用于同类机组保护中，必将进一步提高失磁保护的可靠系数，为确保机组安全稳定经济运行增加重要保障。
参考文献：
[1] 殷建刚，彭丰.发电机失磁保护的动作分析和整定计算的研究，2000，（7）.
[2] 姚晴林，张学深，张项安.微机UL-P型转子低电压失磁继电器动作方程及整定计算的研究，2000，（7）.
[3] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用.北京：中国电力出版社，1996. 3.1