发电机失磁保护的整定计算、功角

目前，国内生产及应用的微机型失磁保护的类型主要有两类，一类是机端测量阻抗＋转子低电压型；另一类是发电机逆无功＋定子过电流型。     

一、机端测量阻抗＋转子低电压型失磁保护的整定计算     

该型失磁保护用于判断发电机失磁或励磁降低到不允许的程度的判据主要有机端测量阻抗元件及转子低电压元件，失磁的危害判别元件只有系统低电压元件。此外，为提高失磁保护动作可靠性（例如，躲系统振荡），还设置有时间元件。     

对于该型失磁保护的整定，主要是对机端测量阻抗元件、转子低电压元件、系统低电压元件及时间元件的整定。     

1、机端测量阻抗元件的整定     

（1）失磁保护阻抗元件动作特性的类别。     

截至目前，国内采用的失磁保护阻抗元件在阻抗复平面上动作特性的类型主要有：异步边界阻抗圆、静稳边界阻抗圆及通过坐标原点的下抛阻抗圆。圆内为动作区。    

2、动作阻抗圆的选择及整定     

理论分析及运行实践表明：发电机失磁后，机端测量阻抗的变化轨迹，与发电机的结构、发电机所带有功功率及系统的联系阻抗均有关。     

运行实践表明：按静稳边界构成的动作阻抗圆，在运行中容易误动。目前国内运行的阻抗型失磁保护，多数采用异步边界阻抗圆、下抛阻抗圆。     

在确定阻抗元件的整定值时，应首先了解发电机在系统的位置，与系统的联系阻抗及常见的运行工况等。     

动作阻抗圆的整定阻抗一般按下式确定：     

XA=-0.5X’d(或XA=0)     

XB=-1.2Xd     

XA、XB分别为异步边界阻抗圆的整定电抗。     

Xd为发电机的同步电抗     

X’d发电机的暂态电抗     

另外，对于与系统联系阻抗较大的大型水轮发电机，动作阻抗圆应适当增大；而对于与系统联系阻抗较小的大型汽轮发电机，动作阻抗圆可适当的减小。对于经常进相运行的发电机，应保证在发电机进相功率较大时（但未失步），机端测量轨迹不会进入动作阻抗圆内。     

另外，若阻抗元件采用静稳边界阻抗圆，则必须由转子低电压元件进行闭锁。此时，动作阻抗XA、XB可按下式决定     

XA=XC XB=-Xd    

目前，国内生产及应用的微机型保护装置，阻抗型失磁保护的转子低电压元件多采用其动作电压随发电机有功功率的增大而增大的UL-P元件。     

对转子低电压元件的整定，实际上是对Ufd0（最小转子动作电压）及K=tga的整定。此外，对于水轮发电机，还需要决定曲线的拐点（即确定反应功率）。     

（1）最小转子动作电压Ufd0的整定。     

Ufd0＝（0.8～0.9）Ufdx     

Ufdx：发电机空载时的动作电压     

（2）特性曲线斜率K=tga的整定。     

K=(Xall*Ufdx)/S     

Xall：发电机电势与无穷大系统之间的标幺值电抗，Xall=Xd+XT+XL(Xall为发电机的同步电抗，XT为变压器的电抗，XL为发电机高压母线对系统的等值阻抗）。     

Ufdx：发电机空载时的转子电压（有名值）。     

S：发电机额定视在功率（有名值）。     

（3）水轮发电机UL-P曲线的拐点。等于水轮发电机的反应功率。     

3、系统低电压元件的整定     

在发电机失磁保护中，所谓系统低电压元件，实际接入的是发电厂高压母线的电压。该元件的动作电压通常按高压母线实际额定运行电压的85%~90%来整定，通常整定为85~90V（TV二次值）。     

4、动作时间的整定     

为了确保系统振荡时失磁保护不误动，失磁保护动作后应经延时作用于出口。另外，当发电机失磁失步后，机端阻抗的测量轨迹有可能交替地进入阻抗圆内又出来，再进入圆内又出来........。为使保护能可靠出口，其动作延时不宜过长。     

考虑到上述两种因素及目前系统振荡的最长振荡周期，失磁保护的动作延时应取0.75~1s。

功角的概念 

　　　◆图17.7 画出了同步电机的时空相量图。图中忽略了定子绕组的漏磁电势，认为≈+，对应于转子磁势，对应于电枢磁势，所以可近似认为端电压由合成磁势=+所感应。 和之间的空间相角差即为和之间的时间相角差 。

　　◆可见功角δ在时间上表示端电压和励磁磁势之间的相位差，在空间上表现为合成磁场轴线与转子磁场轴线之间夹角。并网运行时，为电网电压，其大小和频率不变，对应的合成磁势总是以同步速度旋转，因此功角的大小只能由转子磁势的角速度决定。稳定运行时，和之间无相对运动，δ具有固定的值。 

　　　 　　　功角特性 

　　◆功角特性指的是电磁功率随功角δ变化的关系曲线=f(δ)的。

　　◆凸极电机 令可以求出对应于最大电磁功率的功角,一般来说凸极电机的在45～90之间。

　　◆隐极电机 

　　◆最大功率与额定功率的比值定义为同步发电机的过载能力。对隐极电机来说 

　　　 　　　 　　　 　　　 　　　 　　　 　　　 　　 有功功率的调节 

　　◆功角特性=f(δ)反映了同步发电机的电磁功率随着功角变化的情况。稳态运行时，同步发电机的转速由电网的频率决定，恒等于同步转速，即，发电机的电磁转矩 和电磁功率之间成正比关系： 电磁转矩与原动机提供的动力转矩相平衡其中为空载转矩因摩擦、风阻等引起的阻力转矩）。

　　◆可见要改变发电机输送给电网的有功功率 ，就必须改变原动机提供的动力转矩，这一改变可以通过调节水轮机的进水量或汽轮机的汽门来达到。

　　◆当功角处于0到范围内时，随着δ的增大，亦增大，同步发电机在这一区间能够稳定运行。 而当δ>时，随着δ的增大，反而减小，电磁功率无法与输入的机械功率相平衡，发电机转速越来越大，发电机将失去同步，故在这一区间发电机不能稳定运行。

　　◆同步发电机失去同步后，必须立即减小原动机输入的机械功率，否则将使转子达到极高的转速，以致离心力过大而损坏转子。另外，失步后，发电机的频率和电网频率不一致，定子绕组中将出现一个很大的电流而烧坏定子绕组。因此，保持同步是十分重要的。 

　　◆ 综上所述：并联于电网的发电机所承担的有功功率可以通过调节原动机输入的机械功率来改变的。而且电机承担的有功功率的极限是。当0<δ<时发电机可以稳定运行； δ<发电机不能稳定运行。 

　　◆应当注意，当发电机的励磁电流不变时，δ的变化也将无功功率的变化。无功功率随着有功功率的增加而减少，甚至可能导致无功功率改变符号，这是应当避免的。因此如果只要求改变发电机所承担的有功功率时，应该在调节发电机有功功率的同时适当调节发电机的无功功率。