發(fā)電機組失步保護原理與裝設的重要性

對于中小發(fā)電機組，通常都不裝設失步保護。當機構出現振蕩時，由運行人員來判定，然后利用人工增加勵磁電流、增加或減少柴油發(fā)動機出力、局部解列等方案來解決。對于大發(fā)電機組，這樣排除將無法保證發(fā)電機組的安全，通常需要裝設用于反應振蕩步驟的專門的失步保護。

（1）對于大發(fā)電機組和超高壓電力系統(tǒng)，發(fā)電機裝有快速響應的自動調整勵磁系統(tǒng)，并與升壓變壓器組成單元接線。因為輸電網的擴大，系統(tǒng)的等效阻抗值下降，發(fā)電機和變壓器的阻抗值相對增加，因此振蕩中心常落在發(fā)電機機端或升壓變壓器的范圍以內。由于振蕩中心落在機端附近，使振蕩流程對發(fā)電機組的影響加重。機爐的輔機都由接在機端的廠用變壓器供電機端電壓周期性地嚴重下降，將使廠用機械工作的穩(wěn)定性遭到破壞，甚至使一些重要電動制度動，致使停機、停爐。

（2）振蕩流程中，當發(fā)電機電動勢與裝置等效電動勢的夾角為180°時，振蕩電流的幅值將接近機端三相短路時流過的短路電流的幅值。如此大的電流反復出現有可能使定子繞組端部受到機械磨損。

（3）因為大發(fā)電機組熱容量相對下降，對振蕩電流引起的熱效應的連續(xù)時間也有限制，因為時間過長有可能引起發(fā)電機定子繞組過熱而損壞。

（4）振蕩步驟常伴隨短路故障出現。產生短路故障和切除故障后，柴油發(fā)電機軸系可能發(fā)生扭轉振蕩。當損壞切除后，若隨即發(fā)生電氣參數的振蕩程序，則加到軸系上的制動轉矩是一脈振轉矩，從而可能加劇軸系的扭轉振蕩，使大軸遭受機械損傷，甚至造成嚴重損壞。

（5）在短路伴隨振蕩的情形下，定子繞組端部先遭受短路電流產生的應力，相繼又承受振蕩電流產生的應力，使定子繞組端部發(fā)生機械磨耗的可能性增加。

對于電力機構來說，一臺發(fā)電機與系統(tǒng)之間失步，如不能及時和妥善清除，可能擴大到整個電力裝置，引起電力機構的崩潰。

因為上述緣由，對于大發(fā)電機組，特別是大型柴油發(fā)電機，需要裝設失步保護，用以及時檢出失步故障，迅速采取途徑，以**發(fā)電機組和電力裝置的安全運行。因為失步會帶來上述影響，因此通常要求發(fā)電機失步保護在振蕩的第一、二個振蕩周期內能夠可靠動作。

要求失步保護只反應發(fā)電機的失步情形，能可靠躲過裝置短路和同步搖擺，并能在失步開始的搖擺過程中區(qū)分加載失步和減速失步。目前，實用的失步保護主要基于反應發(fā)電機機端測量阻抗變化軌跡的機理。這里引薦一種數字保護中運用的具有雙遮擋器動作特征的失步保護原理。

如圖1所示（圖中忽略了電阻），假定振蕩中心落在機端保護裝配處M。R1、R2、R3、R4將阻抗平面分為0～4共五個區(qū)，加載失步時檢測阻抗軌跡從＋R向-R方向變化，0～4區(qū)依次從右到左排列；減速失步時測量阻抗軌跡從-R向＋R方向變化，0～4區(qū)依次從左到右排列。當測量阻抗從右向左穿過R1時預判為加載失步，當檢測阻抗從左向右穿過R1時判斷為減速失步。然后當測定阻抗穿過1區(qū)進入2區(qū)，并在1區(qū)及2區(qū)停留的時間分別大于t1和t2后，對于加載過程發(fā)加載失步信號，對于減速步驟發(fā)減速失步信號。加載失步信號或減速失步信號用途于降低或提升柴油發(fā)動機出力。若在加載或減速信號發(fā)出后，沒能使振蕩平息，測量阻抗繼續(xù)穿過3區(qū)進入4區(qū)，并在3區(qū)及4區(qū)停留的時間分別大于t3和t4后，進行失步周期（也稱滑極）計數。當失步周期累計達到一定值時，失步保護出口跳閘。

若測定阻抗在任一區(qū)內永久停留，則預判為短路。無論是在加載流程還是在減速過程，測定阻抗在任一區(qū)（1～4區(qū)）內停留的時間小于對應的延時時間（t1～t4）就進入下一區(qū)，則判定為短路。若檢測阻抗軌跡部分穿越這些區(qū)域后以相反的方向返回，則判斷為可恢復的搖擺振蕩。