|
新聞主題 |
發(fā)電機失磁后的機端測量阻抗公式與相量圖 |
摘要：失磁保護用于保護失勵或低勵引起的發(fā)電機異常，發(fā)電機失磁后，將過渡到異步運行，轉子出現(xiàn)轉差，定子電流增大，電壓下降，有功功率下降，反向無功功率增加（從系統(tǒng)中吸收無功增加），引起系統(tǒng)電壓下降。失磁后，發(fā)電機機端測量阻抗發(fā)生變化。本文詳細探討了發(fā)電機失磁后機端測量阻抗的變化軌跡和特征，并介紹了如何采取合理措施解決失磁問題，提高發(fā)電機的穩(wěn)定性和可靠性。希望讀者在實際應用中能夠更好地理解和應用相關知識。
一、失磁對發(fā)電機阻抗的影響
發(fā)電機失磁是指磁場在一定情況下消失或減弱，從而使發(fā)電機不能正常發(fā)電。在失磁情況下，發(fā)電機的電氣參數(shù)會發(fā)生變化，從而導致阻抗發(fā)生變化。具體表現(xiàn)為：
1、阻抗模值減小
失磁后，發(fā)電機定子中的電流會出現(xiàn)較大波動，導致發(fā)電機的感應電動勢變化較大，從而使發(fā)電機的恒定值阻抗模值減小。
2. 阻抗相位角變化
失磁后，發(fā)電機的電氣參數(shù)變化，導致阻抗相位角發(fā)生變化。
發(fā)電機與無窮大系統(tǒng)并列運行等值電路和相量圖分別如圖1、圖2所示。圖中?d為發(fā)電機的同步電動勢；Úg為發(fā)電機端的相電壓；Ús為無窮大系統(tǒng)的相電壓；?為發(fā)電機的定子電流；Xd為發(fā)電機的同步電抗；Xs為發(fā)電機與系統(tǒng)之間的聯(lián)系電抗，XΣ＝Xd＋Xs；φ為受端的功率因數(shù)角；δ為?d和Ús之間的夾角（即功角）。根據(jù)電機學知識，發(fā)電機送到受端的功率S＝P-jQ（規(guī)定發(fā)電機送出感性無功功率時表示為P-jQ）分別為
在正常運行時，δ＜90°；一般當不考慮勵磁調節(jié)器的影響時，δ＝90°為穩(wěn)定運行的極限；δ＞90°后發(fā)電機失步。
|
圖1 發(fā)電機并聯(lián)運行等值電路圖 |
圖2 發(fā)電機并聯(lián)運行等值相量圖 |
二、失磁后機端測量阻抗
發(fā)電機從失磁開始到進入穩(wěn)態(tài)異步運行，一般可分為以下三個階段。
1、失磁后到失步前（等有功圓）
在此階段中，轉子電流逐漸減小，發(fā)電機的電磁功率P開始減小，由于柴油機所供給的機械功率還來不及減小，于是轉子逐漸加速，使?d和Ús之間的功角δ隨之增大，P又要回升。在這一階段中，sinδ的增大與E。的減小相互補償，基本上保持了電磁功率P不變。與此同時，無功功率Q將隨著?d的減小和δ的增大而迅速減小，按式（2-33）計算的Q值將由正變?yōu)樨?，即發(fā)電機變?yōu)槲崭行缘臒o功功率。功率角如圖3所示。
在這一階段中，發(fā)電機端的測量阻抗為
如上所述，式（2-35）中的Us、Xs和P為常數(shù)，而Q和φ為變數(shù)，因此它是一個圓的方程式，表示在復阻抗平面上如圖4所示。
|
圖3 發(fā)電機功率角的意義 |
圖4 發(fā)電機等有功阻抗圓 |
其圓心O‘的坐標公式為
U2S/2P，XS
半徑公式為
U2S/2P
由于這個圓是在有功功率P不變的條件下作出的，因此稱為等有功阻抗圓。由式（2-34）可見，機端測量阻抗的軌跡與P有密切關系，對應不同的P值有不同的阻抗圓，且P越大時圓的直徑越小。發(fā)電機失磁以前，向系統(tǒng)送出無功功率，φ角為正，測量阻抗位于第一象限，失磁以后隨著無功功率的變化，φ角由正值變?yōu)樨撝?，因此測量阻抗也沿著圓周隨之由第一象限過渡到第四象限。
2、臨界失步點（靜穩(wěn)阻抗邊界圓）
對柴油發(fā)電機組，當δ＝90°時，發(fā)電機處于失去靜態(tài)穩(wěn)定的臨界狀態(tài)，故稱為臨界失步點。此時由式（2-34）可得輸送到受端的無功功率為
式（2-36）中Q為負值，表明臨界失步時，發(fā)電機自系統(tǒng)吸收無功功率，且為一常數(shù)，故臨界失步點也稱為等無功點。此時機端的測量阻抗為
由式（2-37）可知，發(fā)電機在輸出不同的有功功率P而臨界失穩(wěn)時，其無功功率Q恒為常數(shù)。φ為變量，也是一個圓的方程，為以jXS和一jXd兩點連線為直徑的圓，如圖4所示。
其圓心O‘的坐標為
半徑為
Xd-Xs/2
這個圓稱為臨界失步圓也稱靜穩(wěn)阻抗圓或等無功圓。其圓周為發(fā)電機以不同的有功功率P而臨界失穩(wěn)時，機端測量阻抗的軌跡，圓內為靜穩(wěn)破壞區(qū)。
3、靜穩(wěn)破壞后的異步運行階段（異步阻抗圓）
靜穩(wěn)破壞后的異步運行階段可用的等值電路來表示，按圖1所示的電流正方向，機端測量阻抗應為
當發(fā)電機空載運行失磁時，轉差率s≈0，R2/s≈∞，此時機端測量阻抗為最大，即
當發(fā)電機在其他運行方式下失磁時，Zg將隨轉差率增大而減小，并位于第四象限。極限情況是當fg→∞時，s→-∞，R2/s→0，Zg的數(shù)值為最小。此時，有
綜上所述，發(fā)電機失磁前在過激狀態(tài)下運行時，其機端測量阻抗位于第一象限（見圖5中的a或a＇點），失磁以后，測量阻抗沿等有功圓向第四象限移動。
當它與靜穩(wěn)阻抗圓（等無功阻抗圓）相交時（b或b＇點），表示機組運行處于靜穩(wěn)定的極限。越過b（或b＇）點以后，轉入異步運行，最后穩(wěn)定運行于c（或c＇）點，此時平均異步功率與調節(jié)后的柴油機輸入功率相平衡。
異步邊界阻抗特性圓是以一jX/2和一jX。兩點連線為直徑的圓，如圖5所示，進入圓內表明發(fā)電機已進入異步運行。異步邊界阻抗圓小于靜穩(wěn)極限阻抗圓，完全落在第三、四象限。所以在同一工況的系統(tǒng)中運行，若失磁保護采用靜穩(wěn)極限阻抗元件，在失磁故障時一定比采用異步邊界阻抗元件動作得更早。由于異步邊界阻抗特性圓沒有一、二象限的動作區(qū)，采用異步邊界阻抗元件有利于減少非失磁故障時的誤動幾率。
|
圖5 臨界失步阻抗圓 |
圖6 發(fā)電機失磁后機端測量阻抗的變化軌跡圖示 |
三、其他運行方式的機端測量阻抗
為了便于和失磁情況下的機端測量阻抗（見圖6中的Zg4）進行鑒別和比較，現(xiàn)對發(fā)電機在下列幾種運行情況下的機端測量阻抗進行簡要說明。
1、發(fā)電機正常運行時的機端測量阻抗
當發(fā)電機向外輸送有功功率和無功功率時，其機端測量阻抗Zg位于第一象限，如圖6中的Zg1，它與R軸的夾角φ為發(fā)電機運行時的功率因數(shù)角。當發(fā)電機只輸出有功功率時，測量阻抗Zg2位于R軸上。當發(fā)電機欠激運行時，向外輸送有功功率，同時從電力系統(tǒng)吸收一部分無功功率（Q值變?yōu)樨摚?，但仍保持同步并列運行，此時，測量阻抗Zg3位于第四象限。
2、發(fā)電機外部故障時的機端測量阻抗
當采用0°接線方式時，故障相測量阻抗位于第一象限，其大小和相位正比于短路點到保護安裝地點之間的阻抗Zk，如圖6中的Zg5。如繼電器接于非故障相，則測量阻抗的大小和相位需經具體分析后確定。
3、發(fā)電機與系統(tǒng)間發(fā)生振蕩時的機端測量阻抗
根據(jù)圖2-30所示系統(tǒng)振蕩時機端測量阻抗的變化及其對保護影響的分析，當假定機端母線為無限大母線，即認為Ed＝US時，振蕩中心位于½ⅹΣ處。當XS≈0時，振蕩中心即位于 ½ⅹ’d處，此時機端測量阻抗的軌跡沿直線OO＇而變化，如圖7所示。當δ＝180°時，測量阻抗的最小值。系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，即使XS≈0，振蕩阻抗軌跡均不會進入異步邊界阻抗圓，采用異步邊界阻抗判據(jù)的失磁保護不可能誤動。
4、發(fā)電機自同步并列時的機端測量阻抗
在發(fā)電機接近于額定轉速，不加勵磁而投入斷路器的瞬間，與發(fā)電機空載運行時發(fā)生失磁的情況實質是一樣的。但由于自同步并列的方式是在斷路器投入后立即給發(fā)電機加上勵磁，因此，發(fā)電機無勵磁運行的時間極短。對此情況，應該采取措施防止失磁保護的誤動作。
|
圖6 發(fā)電機的機端測量阻抗圖示 |
發(fā)電機振蕩測量阻抗的變化軌跡圖示 |
----------------
以上信息來源于互聯(lián)網行業(yè)新聞，特此聲明！
若有違反相關法律或者侵犯版權，請通知我們！
溫馨提示：未經我方許可，請勿隨意轉載信息！
如果希望了解更多有關柴油發(fā)電機組技術數(shù)據(jù)與產品資料，請電話聯(lián)系銷售宣傳部門或訪問我們官網：http://
