（河南能源焦煤公司冯营电厂 河南焦作 454173）
摘要：发电机失磁时会对发电机和电力系统产生巨大危害；本文分析了发电机失磁时对系统和发电机本身所产生的危害，介绍了发电机失磁保护的原理，使我们对发电机失磁及失磁保护有了一个系统的了解，为深入研究发电机失磁保护提供一定的帮助。
关键词：发电机；失磁保护；危害
1发电机失磁的危害
发电机失磁是指正常运行的发电机励磁电流全部或部分消失的现象。引起发电机失磁原因有：励磁机故障、灭磁开关误跳闸、转子绕组以及转子回路发生故障、运行人员误操作、半导体励磁系统中某些元件的损坏等等。失磁是发电机常见故障形式之一，特别是大型发电机组，由于励磁系统环节较多，因而也增加了发生失磁的机率。发电机发生失磁以后，励磁电流将逐渐衰减至零，发电机的感应电势Ed随着励磁电流的减小而不断减小，电磁转矩将小于原动机的转矩，因而使转子加速，导致发电机功角增大。当发电机功角超过静稳极限角时，发电机将会与电力系统失去同步。发电机失磁后将从系统中吸取一定的感性无功，转子会出现转差，在定子绕组中感应电势，并且定子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，而无功功率反向并不断增大，在转子上会有差频电流产生，整个系统的电压可能会下降，某些电源支路也会产生过电流，发电机的各个电气量不断摆动，严重威胁发电机和整个电力系统的安全稳定运行。
1.1 失磁对电力系统的危害，主要表现在以下几个方面
（1）低励或失磁的发电机，从系统中吸收无功功率，引起系统电压下降，如果电力系统中无功功率储备不足，将使电力系统中邻近的某些点电压低于允许值，破坏负荷与各电源间的稳定运行，甚至使电力系统因电压崩溃而瓦解。
（2）当一台发电机发生低励或失磁后，由于电压下降，电力系统中的其他发电机，在自动调整励磁装置的作用下，将增加其无功功率输出，从而使这些发电机、输出变压器或线路过电流，其后备保护(过电流保护)可能动作而跳闸，使故障范围扩大。
（3）一台发电机低励或失磁后，由于该发电机有功功率的摆动，以及系统电压的下降，可能导致相邻的正常运行发电机与系统之间，或电力系统的各部分之间失步，使系统产生振荡甩掉大量负荷。
（4）发电机额定容量越大，在低励和失磁时，引起的无功缺额越大。电力系统容量越小，则补偿无功缺额的能力越小。
1.2 失磁对发电机的危害，主要表现如下
（1）失磁后由于出现转差，在发电机转子回路中出现差频电流。差频电流在转子回路中产生的损耗，如果超出允许值，将使转子过热。特别是直接冷却高利用率的大型机组，其热容量裕度相对降低，转子更容易过热。而流过转子表层的差频电流，可能会使转子本体与槽模、护环的接触面上发生严重的局部过热甚至灼伤。
（2）发电机进入异步运行之后，发电机等效电抗降低，从电力系统中吸收无功功率增加。故障前带的有功功率越大，转差就越大，等效电抗就越小，所吸收的无功功率就越大。在重负荷下失磁后，由于过电流，将使发电机定子过热。
（3）低励或失磁运行时，定子端部漏磁增强，将使端部和边段铁芯过热。
（4）发电机失磁后的异步运行，转子转速高于正常转速，可能会引起机组的振动.
2 失磁保护典型判据的分析
2.1 转子低电压判据
1）为了保证在机组空载及轻载运行情况下失磁时保护能可靠动作，或为了全失磁及严重部分失磁时保护能较快出口，装设整定值为固定值的励磁低电压判据，简称为“定励磁低电压判据”，
其动作方程为：Ufd≤Ufd.set）
式中，Ufd.set为励磁低电压动作整定值，整定为(0.2—0.8)Ufd0，一般可取Ufd.set=0.8Ufd0。若“定励磁低电压判据”单独出口，还需采取“I<0.06In”的闭锁措施，以防止发电机并网过程及解列过程中失磁保护误出口。
在系统短路等大干扰及大干扰引起的系统振荡过程中，“定励磁低电压判据”不会误动作。
（2）静稳极限励磁电压Un(P)判据。该判据利用励磁电压与负荷功率间的关系来判断是否出现低励、失磁，其优点是，整定值随着发电机有功功率P的增大而增大，可灵敏地反应发电机在各种负荷状态下的失磁故障，凡是能导致失步的失磁初始阶段，Un(P)可快速动作发出预告并使发电机减载。通常情况下，该判据比静稳边界阻抗判据大约提前1s；可预测失磁失步，有显著提高机组压低出力的效果。
2.2 机端定子阻抗判据
（1）静稳边界阻抗判据。静稳边界阻抗判据应用圆特性或苹果圆特性的动作曲线来识别机端测量阻抗是否进入静稳边界内。这种判据以静稳极限作为失磁保护动作的必要条件，因此阻抗边界比较大，发电机失磁后，机端测量阻抗会很快进入静稳边界内。
（2） 异步边界阻抗判据。
2.3 三相同时低电压判据
包括机端低电压判据和主变高压侧低电压判据。失磁故障会导致系统电压下降，如果系统无功储备不足，容易造成系统电压崩溃，扩大故障范围。为了避免失磁故障的扩大，确保系统安全，失磁保护一般都配备三相同时低电压判据，一般整定为：(0.75~0.90)Ugn
一般该保护的电压来自变压器高压侧母线的电压互感器。当系统发生两相或单相短路时不会误动，三相短路时三相同时低电压可以导致误动作，此时需要加以励磁电压Uf<0.8Ufe作为辅助判据。该判据的优点在于装置简单，保护动作迅速。
3发电机失磁保护
3.1 发电机失磁保护判据。（1）发电机转子低电压判据。包括定励磁电压判据和静稳极限励磁电压判据。（2）发电机机端定子阻抗判据。包括异步边界阻抗圆特性和静稳边界阻抗圆特性。（3）三相同时低电压判据。包括机端低电压判据和主变高压侧低电压判据。（4）逆无功判据。即通过逆无功和定子过电流来判断失磁故障。不同失磁保护方案的区别主要在于保护出口条件、延时或判据间组合关系的不同。
3.2 发电机失磁保护的辅助判据。在发电机的机端与主变高压侧发生各种短路故障时，以及系统发生振荡的情况下，失磁保护采用的各种主判据都有可能会发生误动，实际应用中发电机失磁保护一般都采用主判据与辅助判据相结合的方式。传统发电机失磁保护的辅助判据有：（1）励磁电压下降。（2）不出现负序分量。（3）用延时躲过振荡。（4）无功功率改变方向。
3.3 失磁保护原理框图
保护逻辑框图见图1。
保护由静稳阻抗判据和静稳极限励磁电压Un(P)判据相“与”构成失磁保护的主判据。失磁信号由励磁电压判据经延时t1产生，机端电压判据可防止在强行减励磁或系统振荡时Un(P)判据误动。静稳阻抗判据和静稳极限励磁电压判据同时满足动作条件后，若此时系统电压低于定值，则经较短延时t3发跳闸命令，若系统电压不低于允许值，则经较长延时t2动作跳闸。
结束语：失磁故障是发电机的一种严重故障，它对发电机本身及电网的安全都将产生严重影响。因此加强对失磁保护的分析研究，对于电力专业的学生以及生产现场的工程技术人员都有很重要的意义。
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[4]王栋一.微机发电机失磁保护技术的研究[D].北京,华北电力大学,2005.
论文作者:侯小利
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
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