浅析西门子7UM622发电机失磁保护

发电机保护7UM62的工作原理和一般整定方法的工作原理和一般整定方法 发电机保护的要求一．发电机保护的要求根据规程规定，电压在3kV及以上，容量在25MW及以下的发电机，对下列故障及异常运行方式应装设相应的保护装置：1． 定子绕组相间短路；2． 定子绕组接地；3． 定子绕组匝间短路；4． 发电机外部短路；5． 对称过负荷；6． 定子绕组过电压；7． 励磁回路一点及二点接地；8． 失磁保护。

对于大容量发电机或有特定要求的发电机，还要有失步保护，反时限负序电流保护，过励磁保护，逆功率保护，频率异常保护，在盘车状态下的误合闸保护，非全相运行保护，断路器断口闪络保护，启停机保护。

定子绕组相间短路、匝间短路、外部短路的保护一般可以采用差动保护作为主保护，（复压）过流作为后备保护。

二．7UM62具有的保护功能7UM62根据定货号的不同，具有不同的保护功能。

详见技术说明书的“A1.定货信息和附件”一节。

由定货号信息可知，7UM62基本上具有大容量发电机所要求的所有保护功能。

针对目前工程应用的情况，下面的介绍侧重小容量机组的应用，对应的定货号是7UM62**-*****-0AA0。

兼顾大机组。

三．7UM62工作原理和整定1．保护功能的配置7UM62的保护功能较多，在功能配置上要注意硬件上是否可以满足要求。

特别是定子接地和转子接地保护：它们有不同的保护原理，要求不同的硬件（不同的型号和附件）及接线（电流电压的输入，尤其是UE的分配）。

可参阅说明书中表2-2：保护功能和输入的配置；表2-3：输入UE的配置对保护的影响。

功能配置的定值清单见节2.2.2.1 settings。

它的性质原理和7SJ62相似。

不同点有：104 故障记录 可选记录瞬时值，还是有效值。

选有效值时，记录长度空间增大16倍。

106 保护对象 可选“发电机/电动机”或“三相变压器”121 REFprot（限制性接地保护） 要根据接线来配置。

150 S/E/F prot（定子接地保护） 可选带方向或不带另外：7UM只有两组定值2．系统参数1系统参数1是电力系统的基本参数。

发电机失磁保护本文主要介绍发电机失磁产生的影响、发电机失步爱护、发电机逆功率爱护以及发电机过电压爱护。

一、发电机失磁产生的影响需要从电网中汲取很大的无功功率以建立发电机的磁场，所需无功功率的大小主要取决于发电机的参数以及实际运行的转差率。

由于从电力系统中汲取无功功率将可能引起电力系统电压下降，假如电力系统的容量较小或无功功率的储备不足，可能使失磁发电机的机端电压、升压变压器高压侧的母线电压或其它邻近点的电压低于允许值，从而破坏了负荷与各电源间的稳定运行，甚至可能因电压崩溃而使系统瓦解。

由于失磁发电机汲取了大量的无功功率，因此为了防止其定子绕组的过电流，发电机所能发出的有功功率将较同步运行时有不同程度的降低，汲取的无功功率越大，则降低越多。

失磁后发电机的转速超过同步转速，因此，在转子励磁回路中将产生差频电流，因而形成附加损耗，使发电机转子和励磁回路过热。

明显，当转差率越大时，所引起的过热也越严峻。

失磁后会引起发电机组的振动，凸极机振动更厉害。

二、发电机失步爱护这部分主要介绍什么是发电机失步爱护、失步爱护要求、失步爱护构成原理和出口方式。

定义：当系统受到大的扰动后，发电机或发电机群可能与系统不能保持同步运行，即发生不稳定振荡，称失步。

失步爱护要求：①失步爱护装置应能鉴别短路故障和不稳定振荡，发生短路故障时，失步爱护装置不应动作。

②失步爱护装置应能尽快检出失步故障，通常要求失步爱护装置在振荡的第一个振荡周期内能够检出失步故障。

③检出失步故障实行跳闸时，从断路器本身的性能动身，不应在发电机电动势与系统电动势夹角为180°时跳闸。

④失步爱护装置应能鉴别不稳定振荡和稳定振荡(通常发电机电动势与系统电动势间相角摆开最大不超过120°时为稳定振荡，即是可恢复同步的振荡)，在稳定振荡的状况下，失步爱护不应误动作。

失步爱护构成原理：利用两个阻抗继电器先后动作挨次反应发电机机端测量阻抗的变化。

出口方式：推断为减速失步时，发减速脉冲；推断为加速失步时，发加速脉冲；经过处理仍旧处于失步状态时，就动作于解列灭磁。

对发电机失磁保护的浅析摘要：发电机的失磁保护和失步保护对于发电机而言非常重要，一般而言，两种保护的依据都是故障时的阻抗变化轨迹特性，因此两者在某些阻抗区域的动作会有重叠，从而造成失磁保护和失步保护的逻辑运算冲突。

本文从发电机失磁保护和失步保护的分析出发，进而探讨了发电机失磁保护和失步保护的冲突，最后提出了两种保护的协调方案。

关键词：失磁保护；失步保护；冲突目前，大部分的发电机在某种程度上都允许一定的进相运行，选择的是异步圆当作失磁保护的动作阻抗区域；而失步保护所使用的动作阻抗区域则为一种叶形区域。

两者的保护依据主要取决于阻抗的变化，而在实际的运用中，对于失磁保护而言，除了受到了阻抗的影响也受到了其他因素的影响，比如转子电压，这个因素同时也是区分失磁故障与失步故障的一个依据。

1发电机失磁现象发电机失磁[1，2]是指正常运行发电机的励磁电流全部的或部分的消失现象。

引起发电机失磁原因有：励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、转子绕组故障、回路发生故障以及误操作、半导体励磁系统中某些元件的损坏等等。

失磁是发电机常见故障形式之一，特别是大型发电机组，由于励磁系统环节较多，因而也加了发生失磁的机会。

发电机发生失磁以后，励磁电流将逐渐衰减至零，发电机的感应电势Ed随着励磁电流的减小而不断减小，电磁转矩将小于原动机的转矩，因而使转子加速，导致发电机功角增大。

当发电机功角超过静稳极限角时，发电机将会与电力系统失去同步。

发电机失磁后将从系统中吸取一定的感性无功来供给转子励磁电流，转子会出现转差，在定子绕组中感应电势，定子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，而无功功率反向并不断增大，在转子回路会有差频电流产生，整个系统的电压会下降，某些电源支路也会产生过电流，发电机的各个电气量不断的摆动，严重威胁发电机和整个电力系统的安全稳定运行。

2发电机失磁危害发电机失磁后，发电机转子和定子磁场间出现了速度差，则在转子回路中感应出差频电流，引起转子局部过热，甚至灼伤，同时发电机受交变异步电磁力矩冲击而发生振动，尤其在重负荷下失磁将发生剧烈振动，直接威胁机组安全运行。

说明：1、功能：SIPROTEC 4 系列7UM62型保护是针对大、中、小型发电厂而开发的多功能密集型保护。

它具备所有必要保护功能，尤其适用于以下情况：水轮机和抽水蓄能电机废能发电厂利用再生能源（如风和沼气）发电的私人电站柴油发电机电站汽轮机电站工业电站和蒸汽电站另外它还应用于电机和变压器保护。

大量附加功能协助用户低成本系统管理和可靠电力供应。

测量值显示目前运行状态。

储存记录和故障录波有助于各种故障分析而不只局限于发电机运行扰动。

各单元的结合体现高效概念。

2、统一设计SIPROTEC 4 系列设计统一，具有在保护、控制方面代表完整新型品质的多重功能：现地操作设计符合人类环境改造标准，大屏幕、清晰显示器是主要设计宗旨，DIGSI 4 操作程序简化规划和设计，节约调试时间。

3、高度可靠7UM6硬件基于西门子20 年数字保护装置经验，采用精湛的工艺和32位微处理器。

产品质检合格。

目前正致力于电磁兼容问题，采用集成电路精简电子模块数量。

软件设计结合最新技术和丰富累积经验。

物体定向和高级语言程序与连续性保险系统紧密结合，最大限度保证软件的可靠性。

4、程序化逻辑综合程序化逻辑功能充许用户通过图形用户界面实现开关（联锁）自动操作。

用户还可以产生用户自定义信息。

各级不同电站可以根据所需自行调整。

5、保护功能多数保护功能是电力装置可靠保护不可或缺的功能。

它们的性能和组合取决于多种因素，例如机器型号、运行模式、电厂结构、实用需求、经验和基本原理。

这就决定了应用数字技术领先世界潮流的多功能的必要性。

为了满足不同要求，保护组合可升级（见表一）。

所有保护已划分为五个部分以方便选择。

5、发电机基本保护集中应用在需要差动保护的中、小型发电机上，也可以作为后备保护或进一步应用于同步电机。

6、发电机标准保护对于并网的中型发电机（10 至100MV A），SIPROTEC 4 系列7UM62型保护能提供所需全部保护。

除了误励磁保护，它还能作为变压器以及电力系统强大的后备保护。

浅析发电机失磁保护方式作者：姚晋瀚来源：《中国新技术新产品》2017年第24期摘要：在电力生产运行过程中，发电机是不可或缺的动力元件，而在发电机运行过程中，很容易出现失磁现象，这会对整个系统产生影响，而良好的励磁是电力系统稳定的基础，在进行发电机失磁保护时既要进行系统保护还要进行机组保护，本文中将结合自身的实践工作经验，从阻抗原理和逆无功原理两个方面出发，对发电机失磁保护方式进行分析。

关键词：发电机；失磁保护；方式浅析中图分类号：TM31 文献标识码：A发电机是机械设备的重要组成元件，但是在发电机运行过程中，会出现灭磁开关误跳闸或者整流装置误跳闸等失磁现象，而当发电机出现失磁故障后，就会从电网或外界系统之中吸收大量的无功功率，从而导致系统运行电压不断下降，甚至对机械设备造成损害。

1.发电机失磁后系统特征在发电机运行过程中，良好的励磁是电力系统稳定的基础，但是励磁并不稳定，易出现开路或者回路短路现象，这就会引发发电机失磁故障。

而发电机失磁后，不但自身不会产生无功功率，还会从系统之中吸收更多的无功功率，这样就会导致系统无功功率储存严重下降，继而诱使发电厂母线电压、发电机机端电压不断下降，这是发电机失磁后系统主要出现的表现特征。

其次在发电机出现部分失磁故障后，大量的吸收系统无功功率，还会导致定子电压下降，根据原动机输出功率不变电压与电流之间的反比关系，发电机的定子电流会不断增大，及功率角增大，而当发电机从失磁到功角增大到 900的过程中，发电机的整体电功率会不断减小，但是机械功率瞬时间来不及减小，直到功角超过 900以后，发电机异步功率才会再次实现输出与输入之前的平衡，这是发电机失磁后系统出现的另外一种表现特征。

再次当发电机出现失磁后，无功功率会快速地向负向变化，并按照滑差周期有规律地进行摆动，在这个过程中，出现失磁的发电机有功功率大，产生的滑差则会越大，这样从外界之中吸收到的无功功率也会不断增大。

最后一种发电机失磁后系统特征，就是发电机会从失磁最开始的稳定异步运行，转变为沿着等有功阻抗圆第一象限到第四象限之间的变化。

浅析发电机失磁保护原理及整定计算浅析发电机失磁保护原理及整定计算1 概述同步发电机在运行过程中，可能突然全部或部分地失去励磁。

引起失磁的原因不外是由于励磁回路开路（如灭磁开关误跳闸、整流装臵的误跳开等）、短路或励磁机励磁电源消失或转子绕组故障等。

发电机发生失磁故障后，将从系统吸收大量无功, 导致系统电压下降,甚致系统因电压崩溃而瓦解；引起发电机失步运行，并产生危及发电机安全的机械力矩；在转子回路中出现差频电流,引起附加温升等危害。

由此可见发电机失磁故障严重影响大型机组的安全运行。

2 失磁保护的主判据及整定计算目前失磁保护使用最多的主判据主要有三种，分别是：a.转子低电压判据，即通过测量励磁电压Ufd 是否小于动作值；b.机端低阻抗判据Z＜；c.系统低电压判据Um＜。

三种判据分别反映转子侧、定子侧和系统侧的电气量。

2.1 转子低电压判据Ufd目前浑江发电公司采用国电南自的DGT801微机型发电机保护，失磁保护采用变励磁电压判据Ufd（P），即在发电机带有功P 的工况下，根据静稳极限所需的最低励磁电压，来判别是否已失磁。

正常运行情况下（包括进相），励磁电压不会低于空载励磁电压。

Ufd（P）判据十分灵敏，能反映出低励的情况，但整定计算相对复杂。

因为Ufd 是转子系统的电气量，多为直流，而功率P 是定子系统的电气量，为交流量，两者在一个判据进行比较。

如果整定不当很容易导致误动作。

但是勿容臵疑的是，该判据灵敏度最高，动作很快。

如果掌握好其整定计算方法，在整定计算上充分考虑空载励磁电压Ufd0 和同步电抗Xd 等参数的影响，或在试运行期间加以实验调整，不仅可以避免误动作，而且是一个十分有效的判据。

能防止事故扩大而被迫停机，特别适用于励磁调节器工作不稳定的情况。

主要对转子低压元件进行整定。

2.1.1 转子低电压的动作方程:Ufd＜Ufdl ………………………Ufd＜UfdlUfd＜125(P- Pt)/Kfd×866 ………Ufd＞UfdlUfd- 转子电压计算值P—发电机有功功率计算值Ufd、Ufd1、Pt- 保护整定值2.1.2 转子电压的动作特性如下图:2.1.3 转子低电压特性曲线系数Kfd 整定:Kfd=(Kk/XdΣ)×(125Se/866Ufd0)XdΣ= Xd＋XsXd………发电机电抗Xs………为升压变压器及系统等值电抗之和Kk………可靠系数2.1.4 转子低电压定值整定:一般取发电机空载电压的(0.6～0.8)倍Ufd1=(0.6～0.8)Ufd02.2 低阻抗判据Z＜反映发电机机端感受阻抗，当感受阻抗落入阻抗圆内时，保护动作。

发电机失磁保护原理
发电机失磁保护原理是指当发电机磁场消失或降低时，保护装置将自动切断发电机与电网之间的连接，以防止发电机损坏。

发电机的磁场是由励磁系统提供的，一般由励磁电源和励磁绕组组成。

当发电机工作时，励磁电源通过励磁绕组产生磁场，进而激励转子产生电压。

如果由于某种原因导致励磁电源故障或励磁绕组开路，励磁电流就会中断，发电机的磁场将会消失或降低。

失磁保护装置通常是安装在励磁绕组回路中的保护继电器。

当励磁电流异常或中断时，保护继电器会检测到这种变化，并立即发出信号。

该信号可以用来切断发电机与电网之间的连接，或者触发其他措施，例如启动备用电源。

失磁保护装置的原理是基于励磁电流的监测。

一般来说，励磁电流应该维持在一个合适的范围内，如果励磁电流异常高或低，就说明励磁系统可能存在问题。

保护继电器会对励磁电流进行检测，一旦检测到异常情况，就会触发相应的保护措施。

失磁保护是发电机保护中的重要一环，可以有效地防止发电机在失去磁场的情况下继续工作，并保护发电机不受损坏。

它在发电厂、电力系统中应用广泛，提高了发电机的安全性和可靠性。

发电机保护7UM62的工作原理和一般整定方法一．发电机保护的要求根据规程规定，电压在3kV及以上，容量在25MW及以下的发电机，对下列故障及异常运行方式应装设相应的保护装置：1．定子绕组相间短路；2．定子绕组接地；3．定子绕组匝间短路；4．发电机外部短路；5．对称过负荷；6．定子绕组过电压；7．励磁回路一点及二点接地；8．失磁保护。

对于大容量发电机或有特定要求的发电机，还要有失步保护，反时限负序电流保护，过励磁保护，逆功率保护，频率异常保护，在盘车状态下的误合闸保护，非全相运行保护，断路器断口闪络保护，启停机保护。

定子绕组相间短路、匝间短路、外部短路的保护一般可以采用差动保护作为主保护，（复压）过流作为后备保护。

二．7UM62具有的保护功能7UM62根据定货号的不同，具有不同的保护功能。

详见技术说明书的“A1.定货信息和附件”一节。

由定货号信息可知，7UM62基本上具有大容量发电机所要求的所有保护功能。

针对目前工程应用的情况，下面的介绍侧重小容量机组的应用，对应的定货号是7UM62**-*****-0AA0。

兼顾大机组。

三．7UM62工作原理和整定1．保护功能的配置7UM62的保护功能较多，在功能配置上要注意硬件上是否可以满足要求。

特别是定子接地和转子接地保护：它们有不同的保护原理，要求不同的硬件（不同的型号和附件）及接线（电流电压的输入，尤其是UE的分配）。

可参阅说明书中表2-2：保护功能和输入的配置；表2-3：输入UE的配置对保护的影响。

功能配置的定值清单见节2.2.2.1 settings。

它的性质原理和7SJ62相似。

不同点有：104 故障记录可选记录瞬时值，还是有效值。

选有效值时，记录长度空间增大16倍。

106 保护对象可选“发电机/电动机”或“三相变压器”121 REFprot（限制性接地保护）要根据接线来配置。

150 S/E/F prot（定子接地保护）可选带方向或不带另外：7UM只有两组定值2．系统参数1系统参数1是电力系统的基本参数。

发电机失磁保护一、什么是发电机的失磁及失磁的原因发电机正常运行过程中，励磁突然全部或者部分消失，称为发电机失磁。

发电机运行过程中突然失磁，主要是由于励磁回路断路所引起。

一般励磁回路的断路，是由于灭磁开关受振动而跳闸、磁场变阻器接触不良、励磁机磁场线圈断线、整流子严重冒火以及自动电压调整器故障等原因所引起。

二、发电机失磁的电气特征和机端测量阻抗（等有功阻抗圆、静稳极限阻抗圆和异步边界阻抗圆）特征1、发电机失磁的电气特征发电机失磁过程的特点：（1）发电机正常运行，向系统送出无功功率，失磁后将从系统吸取大量的无功功率，使机端电压下降。

当系统缺少无功功率时，严重时可能使电压降到不允许的数值，以致破坏系统稳定。

（2）发电机电流增大，失磁前送有功功率愈多，失磁后电流增大愈多。

（3）发电机有功功率方向不变，继续向系统送有功功率。

（4）发电机机端测量阻抗，失磁前在阻抗平面R——X坐标第一象限，失磁后测量阻抗的轨迹沿着等有功阻抗圆进入第四象限。

随着失磁的发展，机端测量阻抗的端点落在静稳极限阻抗圆内，转入异步运行状态。

2、发电机失磁的机端测量阻抗发电机从失磁开始到进入稳定的异步运行，一般可分为三个阶段：（1）发电机从失磁到失步前：发电机失磁开始到失步前的阶段，发电机送出的功率基本保持不变，而无功功率在这段时间内由正值变为负值。

发电机端的测量阻抗为Z=Us²/2P+jXs+ Us²/2P*ej2¢¢=tg-1Q/P式中P——失磁发电机送至无限大系统的有功功率；Q——失磁发电机送至无限大系统的无功功率；Xs——系统电抗，包括变压器和线路的电抗。

P、Us、Xs为常数，不随时间变化，而Q随时间变化，则φ也随时间变化，故在机端阻抗平面上是一个圆方程，称为等有功圆，圆心和半径分别为[Us²/2P，Xs]，Us²/2P（2）静稳极限点：设发电机的Ed与系统Us的夹角为δ。