发电机失磁后机端阻抗变化规律探析

发电机失磁后或在失磁发展的过程中,机端测量阻抗要发生变化。测量阻抗为从发电机端向系统方向所看到的阻抗。

失磁后机端测量阻抗的变化是失磁保护的重要判据。以图11-13所示发电机与无穷大系统并列运行为例,讨论发电机失磁后机端测量阻抗的变化规律。发电机从失磁开始至进入稳态异步运行,一般可分为失磁后到失步前(δ＜90°);静稳极限(δ=90°),即临界失步点;失步后三个阶段。

图11-13　发电机与无穷大系统并列运行

1.失磁后到失步前的阶段

失磁后到失步前,由于发电机转子存在惯性,转子的转速不能突变,因而原动机的调速器不能立即动作。另外,失步前的失磁发电机滑差很小,发电机输出的有功功率基本上保持失磁前输出的有功功率值,即可近似看作恒定,而无功功率则从正值变为负值。此时从发电机端向系统看,机端的测量阻抗Zr可用式(11-24)表示

式中 P——发电机送至系统的有功功率;

Q——发电机送至系统的无功功率;

Xs——常数,P为恒定,Us恒定,只有角度φ为变数,因此,式(11-24)在阻抗复平面上的轨迹是一个圆,其圆心坐标为,圆半径为,如图11-14。由于该圆是在有功功率不变条件下得出的,故称为等有功圆,圆的半径与P成反比。

图11-14　等有功阻抗圆

图11-15　等无功阻抗圆

2.临界失步点(δ=90°)

机端测量阻抗为

式(11-25)中,Xs,Xd为常数。式(11-25)在阻抗复平面上的轨迹是一个圆,圆心坐标为,半径为,该圆是在Q不变的条件下得出来的,又称为等无功圆,如图11-15。圆内为失步区,圆外为稳定工作区。(www.xing528.com)

3.失步后异步运行阶段

发电机失步后异步运行时的等值电路如图11-16所示。按图示正方向,机端测量阻抗为

图11-16　发电机异步运行时等值电路图

机端测量阻抗与转差率有关,当失磁前发电机在空载下失磁,即S=0,→∞,机端测量阻抗为最大

若失磁前发电机的有功负荷很大,则失步后,从系统中吸收的无功功率Q很大,极限情况S→∞,→0,则机端量阻抗为最小,其值为

一般情况下,发电机在稳定异步运行时,测量阻抗落在-到-jXd的范围内,如图11-17所示。

图11-17　异步边界阻抗圆

由上述分析可见,发电机失磁后,其机端测量阻抗的变化情况如图11-18所示。发电机正常运行时,其机端测量阻抗位于阻抗复平面第一象限的a点。失磁后其机端测量阻抗沿等有功圆向第四象限变化。临界失步时达到等无功阻抗圆的b点。异步运行后,Zr便进入等无功阻抗圆,稳定在c或c'点附近。

根据失磁后机端测量阻抗的变化轨迹,可采用最大灵敏角为-90°的具有偏移特性的阻抗继电器构成发电机的失磁保护,如图11-19所示。为躲开振荡的影响,取XA=。考虑到保护在不同滑差下异步运行时能可靠动作,取XB=1.2Xd。

图11-18　失磁后的发电机机端测量阻抗的变化

图11-19　失磁保护用阻抗元件特性曲线