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【摘 要】分析了发电机失磁的原因及对电力系统和发电机本身的危害，提出了切实可行的处理方法及预防措施。
【关键词】发电机；失磁保护；判据
1、发电机失磁的原因
引起发电机失去励磁的原因很多，一般在同轴励磁系统中，常由于励磁回路断线（转子回路断线、励线机电枢回路断线励磁机励磁绕组断线等）、自动灭磁开关误碰或误掉闸、磁场变阻器接头接触不良等而使励磁回路开路，以及转子回路短路和励磁机与原动机在连接对轮处的机械脱开等原因造成失磁。大容量发电机半导体静止励磁系统中，常由于晶闸管整流元件损坏、晶体管励磁调节器故障等原因引起发电机失磁。
2、发电机失磁对发电机本身影响
（1）发电机失去励磁后，由送出无功功率变为吸收无功功率，且滑差越大，发电机的等效电抗越小，吸收的无功功率越大，致使失磁发电机的定子绕组过电流。（2）转子的转速和定子绕组合成的旋转磁场的转速出现转差后，转子表面（包括本体、槽楔、护环等）将感应出滑差频率电流，造成转子局部过热，这对发电机的危害最大。（3）异步运行时，其转矩发生周期性变化，使定、转子及其基础不断受到异常的机械力矩的冲击，机组振动加剧，威胁发电机的安全运行。（4）当失磁适度严重时，如果有关保护不及时动作，发电机及汽轮机转子将马上超速，后果不堪设想。
3、发电机失磁对电力系统影响
（1）当一台发电机发生失磁后，由于电压下降，电力系统中的其它发电机，在自动调整励磁装置的作用下，将增加其无功输出，从而使某些发电机、变压器或线路过电流，其后备保护可能因过流而误动，使事故波及范围扩大。
（2）低励和失磁的发电机，从系统中吸收无功功率，引起电力系统的电压降低，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的电压低于允许值，破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至使电力系统电压崩溃而瓦解。
（3）一台发电机失磁后，由于该发电机有功功率的摇摆，以及系统电压的下降，将可能导致相邻的正常运行发电机与系统之间，或电力系统各部分之间失步，使系统发生振荡。
（4）发电机的额定容量越大，在低励磁和失磁时，引起无功功率缺额越大，电力系统的容量越小，则补偿这一无功功率缺额的能力越小。因此，发电机的单机容量与电力系统总容量之比越大时，对电力系统的不利影响就越严重。
4、发电机失磁保护原理
（1）低电压判据
为了避免发电机失磁导致系统电压崩溃同时对厂用电的安全构成了威胁，因此设置了低电压判据。
一般电压取自主变高压母线三相电压，也可选择发电机机端三相电压。三相同时低电压判据：Upp TV断线时闭锁本判据。
（2）定子侧阻抗判据
阻抗圆：异步阻抗圆或静稳边界圆。阻抗特性在复平面上的位置可任意。通过反映发电机机端感受阻抗来判断发电机的失磁故障。
（3）减出力判据
减出力采用有功功率判据：P>Pzd
失磁导致发电机失步后，发电机输出功率在一定范围内波动，P取一个振荡周期内的平均值。
（4）转子侧判据
转子低电压判据：Ur 失磁故障时如Ur突然下降到零或负值，励磁低电压判据迅速动作（在发电机实际抵达静稳极限之前）。失磁故障将导致机组失步，失步后Ur和发电机输出功率作大幅度波动，通常会使励磁低电压判据周期性地动作与返回，因此励磁电压元件在失步后（进入静稳边界）延时返回。
一般情况下阻抗整定边界为静稳边界圆。
转子低电压动作方程
其中：Vfd——转子电压
Vfl.dz——转子低电压动作值
Vfdo——发电机空载转子电压
SN——发电机额定功率
Kf——转子低电压系数
P——发电机出力
Pt——发电机反应功率
下面以静稳边界判据为例说明失磁保护原理构成。
转子低电压判据满足时发失磁信号，并输出切换励磁命令。此判据可以预测发电机是否因失磁而失去稳定，从而在发电机尚未失去稳定之前及早地采取措施（切换励磁等），防止事故的扩大。
对于无功储备不足的系统，当发电机失磁后，有可能在发电机失去静稳之前，高压侧电压就达到了系统崩溃值。所以转子低电压判据满足并且高压侧低电压判据满足时，说明发电机的失磁已造成了对电力系统安全运行的威胁，经“与2”电路发出跳闸命令，迅速切除发电机。
转子低电压判据满足并且静稳边界判据满足，经“与3”电路发出失稳信号。此信号表明发电机由失磁导致失去了静稳。当转子低电压判据在失磁中拒动（如转子电压检测点到转子绕组之间发生开路时），失稳信号由静稳边界判据产生。
汽轮机在失磁时允许异步运行一段时间，此间过流判据监测汽轮机的有功功率。若定于电流大于1.05倍的额定电流，表明平均异步功率超过0.5倍的额定功率，发出压出力命令，压低发电机的出力，使汽轮机继续作稳定异步运行。稳定异步运行一般允许2～15分钟（t1），所以经过t1之后再发跳闸命令。在t1期间运行人员可有足够的时间去排除故障，重新恢复励磁，这样就避免了跳闸，这对经济运行具有很大意义。如果出力在t2内不能压下来，而过电流判据又一直满足，则发跳闸命令以保证发电机本身的安全。
当失稳信号发出后立即经过一个短延时t1发跳闸命令。
保护方案体现了这样一个原则：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，以防止故障的扩大。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（短期内），则尽可能推迟切机，运行人员可及时排除故障，避免切机。
阻抗元件电压取自发电机机端TV；电流取自发电机机端或中性点TA。
高压侧电压取自主变高压侧TV。
励磁电压取自发电机转子。
5、发电机失磁的处理
（1）立即减至额定有功功率50%运行，使发电机定子电流不得超限，增加未失磁机组的无功功率，以稳定厂用及系统电压。
（2）应将厂用电源倒为备用。
（3）若人为误动引起励磁开关跳闸，发电机出口开关跳闸，汽机应重新冲转，然后合上励磁开关零起升压，发电机经出口开关同期并列。
（4）若励磁调节器故障引起发电机失磁如未“自动”切为“手动”，则人为切“手动”增加无功，发电机若A、B套励磁调节装置转换不成功，则转为“手动”若以上处理无效，应立即减有功负荷到零，解列发電机，联系电气检修人员处理励磁调节器，处理好后重新并列。
（5）检查永磁机输出是否正常，一次保险是否熔断。
（6）发电机失磁运行的允许负荷和持续时间，应通过试验和根据系统稳定的要求，验算确定。未经试验，一般不得无励磁运行。
（7）经过试验可以无励磁运行的发电机，失去励磁时，即变为异步运行状态；从试验看，中小型机组运行时间不得超过30分钟，大型机组不得超过15分钟。目前，我国小型电厂的发电机一般是不允许无励磁运行的。
6、防范措施
电气运行人员应加强对励磁回路的巡回检查和维护工作，是防止发电机失磁现象发生的最有效方法。同时电气检修人员对于励磁开关锁扣及操作机构要加强检修，使其可靠动作，防止拒动。检修时必须测量励磁回路的电阻，由此判断励磁回路是否断路，接触是否良好。
【关键词】发电机；失磁保护；判据
1、发电机失磁的原因
引起发电机失去励磁的原因很多，一般在同轴励磁系统中，常由于励磁回路断线（转子回路断线、励线机电枢回路断线励磁机励磁绕组断线等）、自动灭磁开关误碰或误掉闸、磁场变阻器接头接触不良等而使励磁回路开路，以及转子回路短路和励磁机与原动机在连接对轮处的机械脱开等原因造成失磁。大容量发电机半导体静止励磁系统中，常由于晶闸管整流元件损坏、晶体管励磁调节器故障等原因引起发电机失磁。
2、发电机失磁对发电机本身影响
（1）发电机失去励磁后，由送出无功功率变为吸收无功功率，且滑差越大，发电机的等效电抗越小，吸收的无功功率越大，致使失磁发电机的定子绕组过电流。（2）转子的转速和定子绕组合成的旋转磁场的转速出现转差后，转子表面（包括本体、槽楔、护环等）将感应出滑差频率电流，造成转子局部过热，这对发电机的危害最大。（3）异步运行时，其转矩发生周期性变化，使定、转子及其基础不断受到异常的机械力矩的冲击，机组振动加剧，威胁发电机的安全运行。（4）当失磁适度严重时，如果有关保护不及时动作，发电机及汽轮机转子将马上超速，后果不堪设想。
3、发电机失磁对电力系统影响
（1）当一台发电机发生失磁后，由于电压下降，电力系统中的其它发电机，在自动调整励磁装置的作用下，将增加其无功输出，从而使某些发电机、变压器或线路过电流，其后备保护可能因过流而误动，使事故波及范围扩大。
（2）低励和失磁的发电机，从系统中吸收无功功率，引起电力系统的电压降低，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的电压低于允许值，破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至使电力系统电压崩溃而瓦解。
（3）一台发电机失磁后，由于该发电机有功功率的摇摆，以及系统电压的下降，将可能导致相邻的正常运行发电机与系统之间，或电力系统各部分之间失步，使系统发生振荡。
（4）发电机的额定容量越大，在低励磁和失磁时，引起无功功率缺额越大，电力系统的容量越小，则补偿这一无功功率缺额的能力越小。因此，发电机的单机容量与电力系统总容量之比越大时，对电力系统的不利影响就越严重。
4、发电机失磁保护原理
（1）低电压判据
为了避免发电机失磁导致系统电压崩溃同时对厂用电的安全构成了威胁，因此设置了低电压判据。
一般电压取自主变高压母线三相电压，也可选择发电机机端三相电压。三相同时低电压判据：Upp
（2）定子侧阻抗判据
阻抗圆：异步阻抗圆或静稳边界圆。阻抗特性在复平面上的位置可任意。通过反映发电机机端感受阻抗来判断发电机的失磁故障。
（3）减出力判据
减出力采用有功功率判据：P>Pzd
失磁导致发电机失步后，发电机输出功率在一定范围内波动，P取一个振荡周期内的平均值。
（4）转子侧判据
转子低电压判据：Ur
一般情况下阻抗整定边界为静稳边界圆。
转子低电压动作方程
其中：Vfd——转子电压
Vfl.dz——转子低电压动作值
Vfdo——发电机空载转子电压
SN——发电机额定功率
Kf——转子低电压系数
P——发电机出力
Pt——发电机反应功率
下面以静稳边界判据为例说明失磁保护原理构成。
转子低电压判据满足时发失磁信号，并输出切换励磁命令。此判据可以预测发电机是否因失磁而失去稳定，从而在发电机尚未失去稳定之前及早地采取措施（切换励磁等），防止事故的扩大。
对于无功储备不足的系统，当发电机失磁后，有可能在发电机失去静稳之前，高压侧电压就达到了系统崩溃值。所以转子低电压判据满足并且高压侧低电压判据满足时，说明发电机的失磁已造成了对电力系统安全运行的威胁，经“与2”电路发出跳闸命令，迅速切除发电机。
转子低电压判据满足并且静稳边界判据满足，经“与3”电路发出失稳信号。此信号表明发电机由失磁导致失去了静稳。当转子低电压判据在失磁中拒动（如转子电压检测点到转子绕组之间发生开路时），失稳信号由静稳边界判据产生。
汽轮机在失磁时允许异步运行一段时间，此间过流判据监测汽轮机的有功功率。若定于电流大于1.05倍的额定电流，表明平均异步功率超过0.5倍的额定功率，发出压出力命令，压低发电机的出力，使汽轮机继续作稳定异步运行。稳定异步运行一般允许2～15分钟（t1），所以经过t1之后再发跳闸命令。在t1期间运行人员可有足够的时间去排除故障，重新恢复励磁，这样就避免了跳闸，这对经济运行具有很大意义。如果出力在t2内不能压下来，而过电流判据又一直满足，则发跳闸命令以保证发电机本身的安全。
当失稳信号发出后立即经过一个短延时t1发跳闸命令。
保护方案体现了这样一个原则：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，以防止故障的扩大。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（短期内），则尽可能推迟切机，运行人员可及时排除故障，避免切机。
阻抗元件电压取自发电机机端TV；电流取自发电机机端或中性点TA。
高压侧电压取自主变高压侧TV。
励磁电压取自发电机转子。
5、发电机失磁的处理
（1）立即减至额定有功功率50%运行，使发电机定子电流不得超限，增加未失磁机组的无功功率，以稳定厂用及系统电压。
（2）应将厂用电源倒为备用。
（3）若人为误动引起励磁开关跳闸，发电机出口开关跳闸，汽机应重新冲转，然后合上励磁开关零起升压，发电机经出口开关同期并列。
（4）若励磁调节器故障引起发电机失磁如未“自动”切为“手动”，则人为切“手动”增加无功，发电机若A、B套励磁调节装置转换不成功，则转为“手动”若以上处理无效，应立即减有功负荷到零，解列发電机，联系电气检修人员处理励磁调节器，处理好后重新并列。
（5）检查永磁机输出是否正常，一次保险是否熔断。
（6）发电机失磁运行的允许负荷和持续时间，应通过试验和根据系统稳定的要求，验算确定。未经试验，一般不得无励磁运行。
（7）经过试验可以无励磁运行的发电机，失去励磁时，即变为异步运行状态；从试验看，中小型机组运行时间不得超过30分钟，大型机组不得超过15分钟。目前，我国小型电厂的发电机一般是不允许无励磁运行的。
6、防范措施
电气运行人员应加强对励磁回路的巡回检查和维护工作，是防止发电机失磁现象发生的最有效方法。同时电气检修人员对于励磁开关锁扣及操作机构要加强检修，使其可靠动作，防止拒动。检修时必须测量励磁回路的电阻，由此判断励磁回路是否断路，接触是否良好。