摘 要：發(fā)電機失磁是指發(fā)電機的勵磁突然全部消失或者部分消失。引起失磁的原因有轉(zhuǎn)子繞組故障、勵磁系統(tǒng)故障、自動滅磁開關(guān)誤跳閘、半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤操作等。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機；失磁；保護裝置

天荒坪抽水蓄能電站位于浙江省湖州市安吉縣境內(nèi)，電站總裝機容量1800MW，裝設(shè)6臺單機容量為300MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪機-發(fā)電電動機組。在電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用等任務(wù)。

一、發(fā)電機失磁運行的后果

發(fā)電機完全失去勵磁時，勵磁電流將逐漸衰減至零，由于發(fā)電機的感應(yīng)電動勢隨著勵磁電流的減小而減小，因此，其電磁轉(zhuǎn)矩也將小于原動機的轉(zhuǎn)矩，因而引起轉(zhuǎn)子加速，使得發(fā)電機的功角增大，當(dāng)功角超過靜態(tài)穩(wěn)定極限角時，發(fā)電機與系統(tǒng)失去同步。發(fā)電機失磁后將從電力系統(tǒng)中吸取感性無功功率。在發(fā)電機超過同步轉(zhuǎn)速后，轉(zhuǎn)子回路中將感應(yīng)出頻率為發(fā)電機轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率差的電流，此電流產(chǎn)生異步轉(zhuǎn)矩。當(dāng)異步轉(zhuǎn)矩與原動機轉(zhuǎn)矩達(dá)到新的平衡時，即進入穩(wěn)定的異步運行。

當(dāng)發(fā)電機失磁進入異步運行時，將對電力系統(tǒng)和發(fā)電機產(chǎn)生很大影響：

（1）需要從電力系統(tǒng)中吸收很大的無功功率以建立發(fā)電機的磁場。所需無功功率的大小，主要取決于發(fā)電機的參數(shù)以及實際運行的轉(zhuǎn)差率。失磁前帶的有功功率越大，失磁后轉(zhuǎn)差就越大，所吸收的無功功率也就越大，因此，在重負(fù)荷下失磁進入異步運行后，如不采取措施，發(fā)電機將因過電流使定子過熱。

（2）發(fā)電機從電力系統(tǒng)吸收無功，引起系統(tǒng)電壓下降。如果電力系統(tǒng)無功儲備不足，將使鄰近故障發(fā)電機的系統(tǒng)某點電壓低于允許值，使電源與負(fù)荷間失去穩(wěn)定，甚至造成電力系統(tǒng)因電壓崩潰而瓦解。

（3）失磁后發(fā)電機的轉(zhuǎn)速超過同步轉(zhuǎn)速，因此，在轉(zhuǎn)子及勵磁回路之間產(chǎn)生差頻電流，差頻電流在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生的損耗，如果超出允許值，將使轉(zhuǎn)子過熱。大型機組，其熱容量的裕度相對較低，轉(zhuǎn)子更易過熱。

對水輪發(fā)電機而言，由于：①異步功率較小，必須在較大的轉(zhuǎn)差率下運行，才能發(fā)出較大的功率；②由于水輪機的調(diào)速器不夠靈敏，可能在功率尚未達(dá)到平衡以前就大大超速，從而使發(fā)電機與系統(tǒng)解裂；③同步電抗較小，如果異步運行，則需要從電力系統(tǒng)吸收大量的無功功率；④其縱軸和橫軸很不對稱，異步運行時，機組振動較大等，因此水輪發(fā)電機一般不允許在失磁以后繼續(xù)運行。

二、失磁保護轉(zhuǎn)子判據(jù)

發(fā)電機失磁后，其轉(zhuǎn)子勵磁繞組電壓會出現(xiàn)降低，降低的幅值隨失磁的方式而不同。失磁保護的轉(zhuǎn)子判據(jù)，根據(jù)失磁后勵磁繞組電壓初期下降的特點來判別失磁故障。

三、失磁保護的構(gòu)成方式

大型發(fā)電機失磁后，當(dāng)電力系統(tǒng)或發(fā)電機本身安全運行遭到威脅時，應(yīng)將故障的發(fā)電機切除，以防止故障擴大。完整的失磁保護通常由發(fā)電機機端測量阻抗判據(jù)、轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)、變壓器高壓側(cè)低電壓判據(jù)、定子過電流判據(jù)構(gòu)成。

四、天荒坪電站失磁保護配置

天荒坪電站由于抽水蓄能電站的特性原因設(shè)置了發(fā)電方向和抽水方向兩套獨立的失磁保護。其中1～5號機采用ELIN公司的數(shù)字元件保護系統(tǒng)DRS和西門子7UM62發(fā)電機保護裝置，6號機采用安德里茨公司的DRS數(shù)字式保護系統(tǒng)。

天荒坪電站失磁保護的邏輯圖如下圖所示：

圖中的繼電器為轉(zhuǎn)角測量繼電器，T1，T2為時間繼電器，Ig，Ug為發(fā)電機電流，電壓，Ilc為勵磁電流。

采用安德里茨公司的DRS數(shù)字式保護系統(tǒng)的該保護，以異步阻抗圓元件和勵磁低電流作判據(jù)檢測發(fā)電機失磁。該保護分兩段動作，一段動作時間：過原點擴大的靜穩(wěn)邊界阻抗圓判據(jù)，報警，二段動作時間：過原點擴大的靜穩(wěn)邊界阻抗圓+無勵磁電流判據(jù)，跳閘。

該保護的ELIN公司數(shù)字元件保護系統(tǒng)DRS分兩段動作，通過轉(zhuǎn)角測量元件測量功角，當(dāng)功角過大超過整定值，長延時動作。當(dāng)功角過大超過整定值并且勵磁電流過小達(dá)到整定值時，短延時動作。現(xiàn)該裝置保護在信號狀態(tài)。西門子7UM62發(fā)電機保護裝置的該保護是通過計算發(fā)電機導(dǎo)納作為動作判據(jù)，通過發(fā)電機組的導(dǎo)納值的變化與勵磁電壓低判據(jù)的配合實現(xiàn)報警、短延時跳閘、長延時跳閘功能。安德里茨公司的DRS數(shù)字式保護系統(tǒng)的失磁保護以異步阻抗圓元件和勵磁低電流作為判據(jù)檢測發(fā)電機失磁。該保護分兩段動作，一段：過原點擴大的靜穩(wěn)邊界阻抗圓判據(jù)，動作報警，二段：過原點擴大的靜穩(wěn)邊界阻抗圓與無勵磁電流為判據(jù)，動作于跳閘。

本文所提的失磁保護配置，經(jīng)歷了20年的實際運行的考驗，可以說明天荒坪電站的失磁保護配置合理，順利保護了發(fā)電機的安全運行，為電站實現(xiàn)安全生產(chǎn)、穩(wěn)定經(jīng)營提供了有力保障，同時也可以為同類電站的保護配置提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]王維儉.《電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用》.北京：中國電力出版社 1996.

[2]黃暉，陸繼明.《抽水蓄能機組微機勵磁控制器的研制》.大電機技術(shù)，2004.5.

作者簡介：

許繼飛（1991-），男，本科，主要從事水電站運行管理工作。

（作者單位：華東天荒坪抽水蓄能有限責(zé)任公司）