0引言

　　当大型发电机与电力系统之间发生失步时，若失步振荡中心在发电机机端附近，则振荡时机端电压会发生周期性下降，引起厂用电不稳定而使厂用机械受损。失步振荡不仅会使发电机组遭受机械力和发热的损伤，而且还可能导致系统解列甚至发生崩溃事故。因此，继电保护规程要求300MW及以上大型发电机要配置失步保护，并且规定当失步时振荡中心应落在发变组内部，而且当失步运行时间或振荡次数超过规定值时，保护动作使机组解列。

　　利用阻抗元件构成的失步保护应用较广泛，包括三阻抗元件型和双阻抗元件型失步保护。本文首先简要介绍结合功率变化的具有多直线遮挡器特性的失步保护原理，并以某电厂为例，阐述了该原理保护的整定计算方法。由于失步保护的构成原理较为复杂，因此对于失步保护功能的考核，原来是借助于动态模拟试验进行测试的，因为在现场测试保护较难。随着测试仪功能的完善和强大，基于机端测量阻抗原理的失步保护通过测试仪对其进行静态模拟试验已成为可能。本文详细介绍了具有该原理失步保护的静态模拟测试方案。

　　1失步保护原理

　　具有多直线遮挡器原理的失步保护，通过机端测量电抗来判断失步振荡中心的位置，其主判据为机端测量阻抗轨迹在阻抗平面上的穿越，辅助判据为有功功率变化。当失步振荡中心落在发电机变压器组的内部且振荡穿越次数超过定值时，保护动作使机组解列，并应确保在发电机与系统电势间的相角差不大的情况下跳闸。

　　图1为发电机失步保护的多区域特性图。图中，点A表示发电机暂态电抗Xd’；点B为系统联系电抗Xcon。Xcon含变压器短路电抗Xt和系统等值阻抗Xs（归算到发电机侧）；Rs为电阻边界定值，Rj固定设成0。5Rs。Rs按躲过最小负荷阻抗整定，即。其中，δ1取120°。图1中，由多条直线将阻抗平面划分为多个区域，通过跟踪发电机机端测量阻抗的变化轨迹，能可靠地躲过系统短路和稳定振荡，并能在失步摇摆过程中区分加速失步和减速失步，具体过程如下：

　　（1）在同步发电机运行方式下，系统正常运行时机端测量电阻大于定值Rs，其变化轨迹不进入2～5区内。

　　（2）发电机加速失步时，测量阻抗从1区依次穿过2、3、4、5、6区，在每个区内的停留时间超过相应的时间定值。

　　（3）发电机减速失步时，测量阻抗从6区依次穿过5、4、3、2、1区，在每个区内的停留时间超过相应的时间定值。

　　（4）发生短路故障或短路切除时，测量阻抗的轨迹变化很快，在2～5区中某区停留时间小于相应的时间定值时就进入下一区。

　　（5）当发生稳定振荡时，测量阻抗穿过部分区域后又逆向返回，并不是同方向依次穿过所有区。

　　图1发电机失步保护的多区域特性（1。jpg）

　　当装置检测到发电机失步时，会及时发出信号。若机端测量电抗小于变压器电抗Xt时，说明振荡中心在发变组内部，此时对滑级次数进行计数更新，当达到整定的滑极次数Nsb时须发出跳闸令。发电机失步保护的逻辑框图如图2所示。

　　图2发电机失步保护逻辑框图（2。jpg）

　　2整定算例

　　以某电厂300MW机组为例介绍失步保护定值的整定计算方法。该机组和系统的相关参数：发电机额定视在功率Sgn为352。9MVA，额定功率因数cosφn为0。85，发电机额定电压Ugn为20kV，暂态电抗的标幺值Xd’为0。223，机端TV变比nv为200，机端TA变比na为3000；变压器容量Stn为360MVA，短路阻抗的标幺值Xt*为0。134；系统阻抗的标幺值Xs*为0。0178（以统一容量为基准的标幺值），系统最小振荡周期Ts为0。2s。

　　失步保护定值的详细计算过程如下，设保护安装在尸点。系统图如图3所示。选取基准容量SJ为100MVA。

　　图3失步保护定值计算的系统图（2。jpg）

　　（1）失步保护变压器的电抗XSB：XSB=XT；。

　　（2）失步保护电阻边界Rs，即可按躲过最小负荷阻抗整定的电阻值。其计算公式。其中，XT、Xs分别为归算到发电机侧的变压器电抗和系统电抗有名值，Ω；Xd’为发电机的暂态电抗，Ω；δ1取120°。，，则电阻边界。

　　（3）阻抗最小停留时间T1（2区、5区）和T2（3区、4区）：阻抗在2区、5区的最小停留时间；阻抗在3区、4区的最小停留时间。其中，Ts为系统最小振荡周期，δ1=120°，，，Rj=0。5Rs。δ2计算为147。8°，因此，。

　　（4）失步保护滑极次数Nsb：振荡中心在发变组区内时，失步滑极次数通常整定为l～2。

　　3测试方案

　　根据失步保护采用机端测量阻抗的原理，可以通过测试仪加入多个故障量，使故障量对应的测量阻抗依次分布于各个区。试验过程模拟测量阻抗依次穿越各区，并且在每个区停留一定的时间，这样就模拟了失步保护一个滑极的动作行为，通过模拟试验可以对失步保护的定值进行检测。

　　3。1保护测试接线

　　测试时的接线图如图4所示。图中，IGA、IGB、IGC为机端电流的输入回路，IGCA、IGCC为高精度用于功率计算的电流回路，UCA、UGB、UGC为机端电压输入回路。

　　图4失步保护试验接线图（2。jpg）

　　3。2失步保护边界电阻定值的测试

　　测试定值采用上面计算的某电厂的失步保护定值，测试时将滑极次数整定为1。以加速失步为例说明失步保护的试验方法。测试时需要选取6个状态的测试点分别对应6个区。为方便计算，测试点的计算阻抗依次落在R轴上，每个测试点的阻抗分布示意如图5所示，依次分布于1区至6区，也就是说，测量阻抗由+R向一R方向变化。

　　图5加速失步时失步保护边界电阻定值测试示意图（2。jpg）

　　测试失步保护边界电阻定值时，可以通过改变状态6的模拟量参数，使其测量阻抗落在5、6区的边界，找到正好使失步保护动作的电阻值，即为所测试的电阻边界定值。

　　具体的试验数据列于表1。按照表l中的电压、电流、时间条件，用测试仪的状态序列构建6个状态序列，即可进行试验。

　　表1失步保护边界电阻定值的测试--加速失步序列

　　状态 试验所加电压 试验所加电流 序列持续延时（ms）

　　 UA UB UC IA IB IC 

　　状态1 22∠0° 22∠-120° 22∠120° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　状态2 15。75∠0° 15。75∠-120° 15。75∠120° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　状态3 5。25∠0° 5。25∠-120° 5。25∠120° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　状态4 5。25∠180° 5。25∠60° 5。25∠300° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　状态5 15。75∠180° 15。75∠60° 15。75∠300° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　状态6 22∠180° 22∠60° 22∠300° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　3。3失步保护变压器电抗定值的测试

　　此项测试也是选取6个状态的测试点。每个点的测量电抗均为2。23Ω，依次分布于1区至6区，分布示意如图6所示的电抗线。由于测试的状态序列计算比较复杂，所以在试验的时候采取另外一种方法，即保持测试的数据不变，通过更改保护定值来进行测试。当定值整定大于2。23Ω时，所模拟的故障状态序列的测量阻抗位于所整定的电抗线之下，为区内失步，失步保护可靠动作；当定值整定小于2。23Ω时，所模拟的故障状态序列为区外失步，保护发出加速失步保护信号。试验数据见表2。

　　图6加速失步情况下失步保护变压器电抗定值测试示意图（3。jpg）

　　表2失步保护变压器电抗定值的测试--加速失步序列

　　状态 试验所加电压 试验所加电流 序列持续延时（ms）

　　 UA UB UC IA IB IC 

　　状态1 34。4∠40° 34。4∠-80° 34。4∠160° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　状态2 27。22∠55° 27。22∠-65° 27。22∠175° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　状态3 22。89∠77° 22。89∠-43° 22。89∠197° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　状态4 22。89∠103° 22。89∠-17° 22。89∠-137° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　状态5 27。22∠125° 27。22∠5° 27。22∠-115° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　状态6 34。4∠140° 34。4∠20° 34。4∠-100° 10∠0° 10∠-120° 10∠120° 20

　　当测试仪具有模拟振荡的测试功能时，测试失步保护的电抗定值，可使用测试仪的振荡菜单，以3。2节的试验定值为例，通过改变振荡中心的阻抗值，可以考核失步保护变压器电抗的定值。

　　3。4失步保护停留时间的测试

　　测试失步保护的停留时间可以采用3。2或3。3节中的序列。如前所述，区分失步和短路的条件之一就是在每个区要停留一定的时间，所以考核这项定值时可以将状态序列的时间改为小于定值的值。这时失步保护应可靠不动作。只有当每个区的停留时间均大于时问定值时，失步保护才能动作。

　　3。5失步保护的滑极次数的测试

　　采用3。2或3。3节中的序列模拟失步保护，模拟的是滑极次数为l的情况。如果滑极次数整定值大于1，则要相应地增加状态序列来进行试验，这样会使试验较繁琐。提供另一种思路来检验滑极次数，即通过修改定值的方法来进行测试，状态序列仍使用3。2、3。3节中的序列，将滑级次数整定为大于1的数值，由于序列是滑极次数为1的序列，所以此时失步保护应不动作。即间接地检验了滑级次数整定的正确性。

　　同样也可使用测试仪的振荡菜单，通过改变振荡次数来检验滑极次数定值。

　　4结束语

　　本文在介绍多直线遮挡器失步保护原理的基础上，结合实际机组参数，给出了失步保护的整定算例，并提供了一种简单实用的失步保护测试方案，对现场失步保护的整定和保护调试可起到一定的指导作用。