发电机失磁保护阻抗元件定值整定的再讨论——对2007年版《IEEE Guide for AC Generator Protection》的斟酌

发电机失磁保护阻抗元件定值整定中,始终存在防误动和加速动作的矛盾。根据理论分析和运行实践,认为解决矛盾应从阻抗平面的R轴方向扩大阻抗动作区,即将理论上的汽轮发电机静稳边界功角90°,减小为实用的静稳边界功角55°～65°,与此同时,增设无功反向元件。从-X轴方向扩大动作区,以求加速失磁保护动作的做法,缺乏理论依据且欠有实效。

发电机失磁保护定值整定的讨论--对2007年版《IEEE Guide for AC Generator Protection》的斟酌

对2007年版《IEEE Guide for AC Generator Protection》中失磁保护定值整定的几个问题提出不同意见。明确指出:发电机失磁故障必有滑差(s),其平均异步阻抗Xd(js)Xd(s=0),失磁保护中的阻抗元件下端定值为-Xd,已有足够余度,不应该是-(1.1～1.25)Xd;在P-Q坐标与R-X坐标的转换公式中,U值应由"失磁保护动作滞后于低励限制线(UEL)"原则来确定,不应主观选择0.95UN。

变速抽蓄机组失磁故障分析及保护研究

变速抽蓄机组(VSPSU)的励磁及控制方式复杂且易发生失磁故障,配置针对性的失磁保护对保障其安全运行至关重要。该文基于直流励磁系统和交流励磁系统的差异分析,将VSPSU的失磁故障划分为对称失磁和不对称失磁两种故障形式,并主要针对对称失磁故障开展研究。首先,分别从故障位于机侧和网侧角度出发分析VSPSU发生对称失磁故障后的电气量变化特性及其故障危害;然后,推导证明了传统失磁阻抗圆保护判据在VSPSU中应用时不具有可靠性,VSPSU缺乏具有针对性的保护方案;最后,基于VSPSU的失磁故障特性,提出了针对机侧对称失磁故障的下抛阻抗圆判据和针对网侧对称失磁故障的直流电压判据,两者结合形成了对VSPSU对称失磁故障的保护方案。仿真结果表明,该文所提方案可有效地检测VSPSU在各种运行工况下的对称失磁故障,以满足VSPSU对失磁保护可靠性的要求。

水轮发电机受失磁保护限制的最大进相深度的预测模型研究及软件开发

发电机进相运行存在多种限制因素,进相深度的限制判据是由多种因素组成的综合判据,运行人员难以掌握,只能退出失磁保护压板。而发电机进相运行作为一种正常工况,将机组的保护直接退出显然是不合理的。本文从坐标变换原理出发,介绍一种基于PC端程序的发电机进相实验与失磁保护配合校验方法,可自动计算给定条件下的最大进相深度,并分析低励限制与失磁保护的配合正确性,防止发电机进相运行因进相深度过大而非正常停运,无需退出失磁保护。

基于测量阻抗动态轨迹的大型调相机失磁保护

大型调相机失磁故障严重影响设备本体安全以及电网稳定,现有基于静态阈值的低电压与无功反向判据可靠性与选择性不足。文中提出一种可反映调相机运行状态的机端测量阻抗全局动态轨迹智能识别的失磁保护原理,从运动学角度建立能够准确反映失磁与其他工况下测量阻抗轨迹的特征量时间序列,基于统计学提取解释性强的特征量。利用自适应权重的全局与局部核函数组合训练多核支持向量机(multiple kernel learning support vector machine,MKL-SVM),在保证模型学习能力的同时增强其泛化能力;提出基于分类核空间距离的两阶段识别策略,可在保证可靠性的前提下提高保护速动性。基于PSCAD仿真平台搭建调相机接入电网模型进行验证,结果表明所提失磁保护方案无须采集转子侧电气量,识别准确,面对新能源接入和未知扰动时仍具有优良的适用性。

发电机进相导致失磁保护动作的原因分析

发电机进相运行试验考验机组吸收无功导致系统电压降低时发电机所具备的能力。失磁保护是一种发电机励磁电流消失后通过解列来保护发电机的措施。但进相运行过程中,励磁电流和励磁电压会下降,发电机机端测量阻抗有可能进入失磁阻抗圆内,导致失磁保护动作。针对某电厂在进相过程中失磁保护动作,对发电机保护报文、失磁保护定值、失磁保护逻辑图、励磁调节器及进相运行试验过程进行综合分析,提出了具体的处理措施及建议。

核电站控制棒驱动机构电源系统建模及故障分析

大型核电站控制棒驱动机构的电源系统由两台带飞轮的电动发电机组成,励磁方式包括自并励和相复励。某自并励机型棒电源系统曾发生一机失磁,与之并联的另一机过流保护抢先动作的严重事故。实际核电站中大量棒电源系统采用相复励机型,为了探究此次事故原因并判断棒电源系统中是否存在保护失配的共性风险,有必要对相复励棒电源系统故障特点进行研究。文中从相复励系统的全补偿公式出发,理论分析了机端短路电流变化趋势与相复励系统参数的关系,然后建立了棒电源系统的PSCAD模型。发现机端短路故障的仿真计算与理论分析相吻合,并通过动模机组单机机端短路实验共同验证了仿真模型的正确性。文中仿真分析了棒电源系统单机失磁时的故障特点,提出利用稳态等效电路估算棒电源系统失磁故障时机端电流的大小。结合制造厂家的真机实验验证了估算方法的有效性,同时说明了事故棒电源系统过流与失磁保护失配的原因,为核电棒电源系统保护装置改造奠定了基础。

基于测量阻抗变化轨迹智能识别的水轮发电机失磁保护

大型水轮发电机传统失磁保护无法反映复杂电网环境下各种扰动测量阻抗的变化,难以同时满足选择性和速动性。该文提出一种基于测量阻抗动态轨迹识别的数据驱动型失磁保护新方案,首先分析了蕴含大量系统运行信息的机端测量阻抗动态轨迹时序运动特征,从数据驱动的角度引入统计学描述轨迹时序特征分布,并利用最大相关-最小冗余算法(mRMR)提取关键特征以增强解释性。在此基础上构建兼顾全局与局部信息的多核支持向量机(MKLSVM)模型以提升模型的泛化能力,依据先验知识提出基于分类函数距离的双时窗判别原理以提高可靠性。通过简化等效水轮机输电系统和考虑不同电源接入的扩展系统对所提方案进行仿真验证,结果表明,保护方案在保证选择性的同时提高了速动性,并且在面对电网发生复杂变化时仍具有优良的适应能力。

基于导纳平面的发电机失磁保护整定计算

基于导纳平面的发电机失磁保护采用定子电流和电压的正序分量计算出阻抗的倒数(导纳),总是产生物理上近似的稳定极限,导纳特性曲线与发电机运行极限特性曲线具有很高的相似性,因此在导纳平面上失磁保护能够直观地与低励限制特性配合。分析了基于导纳平面的失磁保护的整定原则,结合工程实例给出了基于导纳平面的失磁保护的整定算例,并通过发电机进相试验相关数据验证了整定计算的合理性。

汽轮发电机过励限制导致失磁的故障分析

某热电厂1台30 MW汽轮发电机因过励限制失败导致机组失磁跳闸。首先,通过对励磁调节器故障录波数据初步分析,明确了故障过程。然后,结合现场检查、试验和对比,从过励限制动作原因、限制效果、通道和运行模式的切换、低励限制与失磁保护的配合等方面进行进一步分析,指出虽然故障主要在于发电机转子匝间短路,但也暴露出励磁调节器的设计和运行管理存在不足。最后,提出改进措施,为优化励磁调节器的辅助限制控制策略、完善辅助控制环与电压控制主环的配合提供参考,也对调节器的运行管理提供借鉴。

核电发电机安全运行极限和进相深度限制因素及保护配合分析

百万千瓦级核电发电机进相试验一直存在很大的局限性,尤其是有些机组存在无法进相的问题。文章进行了安全运行极限、进相运行深度的限制条件和静态稳定性分析。根据多台百万千瓦级核电发电机进相运行的试验结果,论述了影响核电发电机进相深度的5个限制因素,详细分析了主要的限制因素厂用电电压降低。另外对8台核电发电机进相运行情况和深度进相的调压作用进行了分析,得出调压作用有限的结论。对某台核电发电机的静态稳定性限制、低励限制和失磁保护进行了计算分析和动态校验。最后按照新型电力系统的稳定性要求,需具备无功调节灵活性和技术经济性优势,提出了多台核电机组协同联动进相运行试验的建议,解决单台机组进相深度不足和调压作用受限以及多机组保护协调配合的问题。

发电机失磁保护与低励限制的整定配合

针对发电机失磁保护和自动电压调节器(AVR)中低励限制环节的整定存在不能统一在同一坐标系、两者整定配合不尽合理的现象,提出了一种适合于工程实际应用的配合整定方法。首先分析了3种低励限制曲线随机端电压变化的偏移情况,根据电工理论推导低励限制线与失磁保护阻抗圆之间的映射关系,得出了标准的映射方程;在此基础上,提出了基于标幺值和机端最低允许电压两者配合整定及校核的方法、原则和工程应用注意事项,最后给出了具体的计算示例。

同步发电机失磁保护的改进方案

在电力系统继电保护中,同步发电机失磁保护是最为重要的保护之一。励磁故障涉及发电机的大干扰稳定性,也是一个较为复杂并难以解决的问题。目前所用的励磁保护的动作效果并不理想,尚需进一步改进。分析了目前所用的3种励磁保护判据存在的不足,指出这些保护判据或基于小干扰稳定性原理而未考虑发电机动态功角特性的严重变形,或未考虑发电机完全失磁后的测量阻抗与正常励磁下扰动后的测量阻抗具有较大的公共区间,从而可能使保护误动或拒动。基于对同步发电机失磁后动态行为的仿真分析,提出了同步发电机失磁保护的改进方案,通过直接测量功率角判断同步发电机的失磁故障,提出了其整定条件和计算方法。仿真计算证明该方案能可靠、快速地反映各种励磁故障,动作稳定且整定灵活、方便。

基于涉网保护的低励限制、失磁保护与失步保护配合的研究

网源协调中发电机组涉网保护问题对电网运行和发电厂涉网设备运行的影响日益显著。对实际电厂中低励限制、进相能力和失磁保护整定不合理的问题进行了明确的阐述,提出了它们之间的整定配合原则。在电力系统继电保护中,失磁保护是最重要、最复杂的保护之一,失磁保护与失步保护都是采用测量阻抗的变化规律作为动作的判据,在阻抗平面上存在重叠动作区域,因此两者在配合上存在冲突。由于功角能够实时测量,在线整定,具有自适应的特性,提出了基于功率角闭锁的方法来解决发生失步时失磁保护可能抢先误动的问题。通过仿真验证了上述结论的正确性。

大型隐极发电机进相运行的探讨

介绍了影响大型隐极发电机进相运行深度的因素,分析了进相运行时电压变化对静稳边界、失磁阻抗圆的影响,提出了进相时欠励限制整定与失磁保护整定的配合原则,并通过分析现场实例给出工程应用的指导建议。

发电机低励限制与失磁保护的配合整定计算

提出一种适合工程应用的配合整定计算方案,来解决目前发电机励磁系统低励限制与发电机失磁保护之间配合整定计算不合理这一问题。首先推导失磁保护阻抗圆映射至P-Q坐标系的标准方程,并基于这些方程,经过分析得出结论:无论发电机失磁保护阻抗圆采用的是静稳圆或异步圆,低励限制的整定均没有必要考虑与异步圆配合,只须考虑与静稳圆配合即可。其次依据上述结论,依次从配合要求和计算步骤上对低励限制与静稳圆之间的配合整定计算进行讨论分析,并考虑了进相运行对计算的影响,提出一套完整的方案。最后,通过具体的实例分析,验证上述配合整定计算方案的正确性。

火电厂发电机失磁保护阻抗判据的探讨

介绍了火电厂失磁保护所应用阻抗判据的特点,分析失磁保护在机组进相运行时容易产生误动的原因,是由于励磁系统低励限制与失磁保护的整定配合不合理,低励限制曲线与阻抗圆有交叉。指出了国产部分失磁保护反向无功判据上存在的一些问题,这些无功判据并不能切掉阻抗圆的上半部分。利用机组容量曲线以及失磁保护阻抗圆与低励限制曲线的关系,提出了应用低励限制曲线来验证阻抗判据整定是否合理的方法。并利用机组进相试验的数据来进一步分析失磁保护能否误动。

一种基于阻抗特性的发电机低励限制方法

分析了传统发电机低励限制与失磁保护在实际应用中面临的主要问题,提出了一种基于阻抗特性的低励限制方法。该方法直接根据发电机机端的测量阻抗进行低励磁限制,使低励限制和失磁保护的判据处于同一坐标平面。采用该方法后,失磁保护和低励限制在整定计算时无需进行坐标平面的转换,减轻了整定和校核的工作量,有效防止失磁保护失配误动。目前,基于该方法的低励磁控制器已在工程实际中得到成功应用。

同步发电机失磁过程分析与保护方法研究

为寻求动作可靠的大容量同步发电机的失磁保护方法,对同步发电机失磁后的动态过程进行了数值仿真计算,提出了基于直测功角来判断发电机的一摆和多摆稳定性的失磁保护新方法,进而提出了该保护的设计原则、配置方案、整定条件和计算方法,同时,通过动模实验对新的保护判据进行了分析验证。由数值仿真计算和动模实验可得,转子励磁电流的衰减和异步功率分量的出现使失磁后的发电机的动态功角特性与静态功角特性有很大的差别,功角的上升也可使测量阻抗进入异步边界阻抗圆,且失磁后发电机的功率角与转差率变化趋势明显。结果说明电网发生扰动引起功角上升的因素均可导致阻抗保护误动,而新的保护较现行保护能更可靠、更快速地反应励磁故障,减少保护的误动率和拒动率。同时证明了对失磁发电机实施减载控制使之再同步的可行性。

发电机失磁保护和失步保护的冲突与协调

发电机失磁和失步保护都运用故障时的阻抗变化轨迹特性作为阻抗判据,因而两者的动作阻抗区域可能会有部分重叠,造成失磁和失步保护的逻辑运算冲突。文中提出通过修正阻抗圆或增加方向闭锁判据来解决失磁和失步保护在阻抗坐标平面第三象限可能会发生冲突的问题,具体做法是削去失磁阻抗的左半圆或者在阻抗坐标平面第三象限通过判断阻抗变化方向来防止失磁保护在失步故障时抢动。