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數(shù)字式發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)原理分析


發(fā)電機(jī)發(fā)生失磁故障后,將過(guò)渡到異步運(yùn)行,轉(zhuǎn)子出移動(dòng)式皮帶輸送機(jī)現(xiàn)轉(zhuǎn)差,定子電流增大,定子電壓下降,有功功率下降,無(wú)功功率反向并且增大;在轉(zhuǎn)子回路中出現(xiàn)差頻電流;電力系統(tǒng)的電壓下降及某些電源支路過(guò)電流。由此可見(jiàn)發(fā)電機(jī)失磁故障嚴(yán)重影響大型機(jī)組的安全運(yùn)行。
ARAS2篩料機(jī)741B數(shù)字式發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)裝置(以下簡(jiǎn)稱裝置)主要是用于同步發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)。

1 電XZS系列旋轉(zhuǎn)篩氣原理分析

本裝置由勵(lì)磁單段錘式破碎機(jī)電壓檢測(cè)元件、勵(lì)磁電壓-有功功率元件、阻抗元件、系統(tǒng)電壓檢測(cè)元件、負(fù)序電流、負(fù)序電壓、過(guò)電流等元件組成。裝置的保護(hù)功能方框圖如圖1所示。


圖1 裝置的移動(dòng)式帶式輸送機(jī)保護(hù)功能方框圖

當(dāng)勵(lì)磁電壓Ufd降低或勵(lì)磁電壓-有功功率判據(jù)Ufd(P)有一個(gè)滿足時(shí),即發(fā)出失磁信號(hào),使得系統(tǒng)管理人員能在發(fā)電機(jī)失去穩(wěn)定之前及早采取措施,以免事故擴(kuò)大。延時(shí)tfd和t2的作用是防止外部振蕩等旋回破碎機(jī)情況引起誤動(dòng)作。

當(dāng)勵(lì)磁電壓降低或勵(lì)磁電壓-有功功率判據(jù)與系統(tǒng)低電壓(Uhl)判據(jù)均滿足時(shí),表明失磁已經(jīng)危及到電力系統(tǒng)的安全,則迅速發(fā)出跳閘命令。延時(shí)t1是為了刮板輸送防止異步運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)電壓短時(shí)降低而造成誤動(dòng)作。若勵(lì)磁低電壓判據(jù)或勵(lì)磁電壓-有功功率判據(jù)及阻抗判據(jù)得到滿足,說(shuō)明失磁故障已造成失去靜穩(wěn),故發(fā)出失穩(wěn)信號(hào)。

為了防止勵(lì)磁低電壓判據(jù)和勵(lì)磁電壓-有功功率判據(jù)在轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部斷線時(shí)拒圓錐機(jī)絕動(dòng)作,阻抗元件可經(jīng)延時(shí)單獨(dú)發(fā)出失穩(wěn)信號(hào),延時(shí)t3用于防止系統(tǒng)振蕩時(shí)測(cè)量阻抗進(jìn)入動(dòng)作區(qū)誤發(fā)失穩(wěn)信號(hào)。

失穩(wěn)信號(hào)發(fā)出后,對(duì)重型振動(dòng)篩于水輪發(fā)電機(jī)不允許異步運(yùn)行,故經(jīng)短延時(shí)(tTZ整定為短時(shí)間)發(fā)出跳閘;對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī),允許失磁后異步運(yùn)行一段時(shí)間,同時(shí)監(jiān)視定子電流,若定子電流大于1.05倍額定電流(該定值可整定),表明平均異步功率超過(guò)0.5倍額定功率,發(fā)出壓出力命令,為發(fā)電機(jī)繼續(xù)運(yùn)行創(chuàng)造條件。穩(wěn)定異步運(yùn)行一般允許2~15min(即tTZ=2~15min),過(guò)后再發(fā)跳閘命令以保證發(fā)電機(jī)本身安全。一般取t4=10s。

如果失穩(wěn)信號(hào)發(fā)出后,系統(tǒng)低電壓元件動(dòng)作,也將迅速發(fā)跳閘命令,以保證系統(tǒng)安全。為了防止在PT斷線,大傾角皮帶機(jī)系統(tǒng)短路故障,強(qiáng)減勵(lì)磁,自同期并列及長(zhǎng)線充電等異常工況下保護(hù)誤動(dòng)作,裝置中采取了相應(yīng)的閉鎖措施。

1.1勵(lì)磁電壓檢測(cè)元件 (等勵(lì)磁粉碎機(jī)電壓判據(jù))

勵(lì)磁電壓檢測(cè)元件是一個(gè)低電壓檢自擊式破碎機(jī)測(cè)元件,當(dāng)勵(lì)磁電壓滿足下式時(shí)動(dòng)作:

Ufd≤(0.2~振動(dòng)傳感器0.8)Ufd0

Ufd破碎機(jī)0為空載勵(lì)磁電壓

大多數(shù)情況下失磁故障時(shí),Ufd將下降為零或制砂石設(shè)備負(fù)值,而很多外部短路系統(tǒng)振蕩等情況下Ufd有較高的數(shù)值。

1.2勵(lì)磁電壓-有功功率元件 (變勵(lì)磁電壓判據(jù)Ufd(P))

勵(lì)磁電壓-有功功率元件Ufd(P)檢測(cè)發(fā)電機(jī)機(jī)端輸出的有功功率P和勵(lì)磁繞組兩端的勵(lì)磁電壓Ufd。其整定值Ufd.set自動(dòng)隨P變化。

設(shè)發(fā)電機(jī)失磁初始的有功功率為P,失磁后到靜穩(wěn)邊界之間為等有功過(guò)程,故達(dá)到靜穩(wěn)邊界時(shí)的有功功率也為P。

汽輪發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)輸出有功功率為:

水輪發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)輸出有功功率為:

式中Ux-系統(tǒng)電壓  
Ed-發(fā)電機(jī)電勢(shì)   
Xs-系統(tǒng)電抗
XdΣ=Xd+Xt+Xs 
XqΣ=Xq+Xt+Xs   
Xt-變壓器電抗

式(2)中的為水輪機(jī)凸極功率,則式(2)可寫為:

當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁達(dá)到靜穩(wěn)極限邊界時(shí),功角δ=90°由此可得出如下邊界方程:

對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)
對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)

式中:Edj-發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限電勢(shì)

當(dāng)不計(jì)磁路飽和時(shí),發(fā)電機(jī)的同步電勢(shì)與勵(lì)磁電流成正比,而勵(lì)磁電流與勵(lì)磁電壓成正比,所以同步電勢(shì)與勵(lì)磁電壓成正比。

設(shè)Edj=K1·Ufdj(Ufdj為極限勵(lì)磁電壓),代入(4)和(5)式中,分別得到下面兩個(gè)方程:

對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)

對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)

式中k1可以從發(fā)電機(jī)空載特性曲線的直線部分得到,不同的機(jī)組k1值不同;相對(duì)于不同機(jī)組作為定值輸入。

由以上分析可知:靜穩(wěn)極限時(shí),勵(lì)磁電壓與輸出有功功率之間是線性關(guān)系,斜率為K。汽輪發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓-有功功率特性是通過(guò)原點(diǎn)的一條直線。水輪發(fā)電機(jī)機(jī)端輸出功率中含有凸極功率PT一項(xiàng),因此水輪機(jī)勵(lì)磁電壓-有功功率特性是通過(guò)PT的一條直線,如圖2所示。直線下方為發(fā)電機(jī)失步區(qū),也即為保護(hù)動(dòng)作區(qū)。勵(lì)磁電壓-有功功率元件的整定值Ufdset就是極限勵(lì)磁電壓Ufdj。它自動(dòng)按圖2中的直線關(guān)系隨有功功率P變化,因此可得出下列動(dòng)作判據(jù):

汽輪發(fā)電機(jī)Ufd≤K·P     (8)
水輪發(fā)電機(jī)Ufd≤K·(P-PT)  (9)


a) 汽輪發(fā)電機(jī) b) 水輪發(fā)電機(jī)
圖2勵(lì)磁電壓-有功功率特性

1.3阻抗元件

阻抗元件作為失磁保護(hù)的定子判據(jù)是同步發(fā)電機(jī)中常用的判據(jù),即利用定子回路的參數(shù)變化來(lái)鑒別發(fā)電機(jī)的失磁故障。當(dāng)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),機(jī)端測(cè)量阻抗為負(fù)載阻抗,當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁后,隨著無(wú)功功率輸出方向的改變,機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡由第一象限逐步進(jìn)入第四象限。進(jìn)入靜穩(wěn)邊界,此時(shí)發(fā)電機(jī)的機(jī)械功率與電磁功率失去平衡。一旦進(jìn)入靜穩(wěn)邊界后,發(fā)電機(jī)將不可避免地進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)。在其它條件相同時(shí),失磁前有功功率越大,到達(dá)失步所需的時(shí)間越短。

當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁后,功角δ逐漸增大,當(dāng)δ=90°時(shí),處于臨界失步狀態(tài)。發(fā)電機(jī)的機(jī)端測(cè)量阻抗為:

由功角特性可知

在臨界失步(即δ=90°)時(shí),發(fā)電機(jī)送至系統(tǒng)的無(wú)功功率為:

將式(11)代入式(10)得:

式(12)是一圓的方程,圓心為。除發(fā)電機(jī)電抗外,不同的系統(tǒng)阻抗Xs,變壓器電抗Xt決定了阻抗圓的位置和大小。阻抗圓特性如圖3所示。

蘋果圓形阻抗特性是由兩個(gè)圓心坐分別為[R0,-jX0]和[-R0,-jX0]兩個(gè)圓構(gòu)成,如圖4所示。


圖3阻抗圓特性 圖4蘋果圓形阻抗特性

系統(tǒng)電壓檢測(cè)元件檢測(cè)變壓器高壓側(cè)電壓,其動(dòng)作判據(jù)為:U≤(0.5-1.0)Uhn式中Uhn為變壓器高壓側(cè)額定電壓。

發(fā)電機(jī)失磁以后,發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中吸收無(wú)功功率,引起系統(tǒng)中電壓變化,尤其是大容量發(fā)電機(jī)經(jīng)長(zhǎng)輸電線與小系統(tǒng)相聯(lián)系,發(fā)電機(jī)的失磁導(dǎo)致系統(tǒng)電壓嚴(yán)重下降,系統(tǒng)不能穩(wěn)定運(yùn)行,威脅系統(tǒng)安全,此時(shí)必須將發(fā)電機(jī)從系統(tǒng)中切除。

2異常工礦的處理

2.1系統(tǒng)故障

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生不對(duì)稱短路或系統(tǒng)短路或短路切除后引起振蕩時(shí),都伴隨有負(fù)序分量的出現(xiàn),而失磁過(guò)程中,沒(méi)有負(fù)序分量,因此裝置中設(shè)有負(fù)序分量檢測(cè)元件和裝于A相的電流檢測(cè)元件用以判別系統(tǒng)的故障。當(dāng)檢測(cè)到同時(shí)有負(fù)序電流和負(fù)序電壓時(shí)閉鎖本裝置保護(hù)出口。當(dāng)A相的電流超過(guò)本裝置的整定值時(shí),也閉鎖本裝置保護(hù)出口。

2.2 系統(tǒng)振蕩

防止系統(tǒng)振蕩導(dǎo)致本裝置誤動(dòng),除了采用負(fù)序分量元件外,還采用延時(shí)來(lái)躲過(guò)震蕩。振蕩時(shí)只是周期性的進(jìn)入阻抗動(dòng)作區(qū),而不長(zhǎng)期停留在動(dòng)作區(qū)內(nèi)。考慮較長(zhǎng)振蕩持續(xù)時(shí)間情況,阻抗元件采用t3=1.5s延時(shí)。勵(lì)磁電壓-有功功率元件采用t2=0.35s延時(shí)。

2.3 強(qiáng)減勵(lì)磁

如果測(cè)量到機(jī)端電壓高于本裝置的給定定值時(shí),而勵(lì)磁電壓低于本裝置的給定定值,則確認(rèn)為是強(qiáng)減勵(lì)磁工況。閉鎖本裝置保護(hù)出口。

2.4 長(zhǎng)線充電

發(fā)電機(jī)對(duì)長(zhǎng)線充電進(jìn)行零起升壓實(shí)驗(yàn)時(shí),機(jī)端測(cè)量阻抗是容性阻抗,線路越長(zhǎng),阻抗的絕對(duì)值越小,越易誤動(dòng),實(shí)驗(yàn)表明,線路電壓等級(jí)越高,機(jī)組容量越小時(shí),誤動(dòng)的可能性越大,裝置采用開(kāi)入量的方法閉鎖保護(hù)。

2.5 自同期

自同期并列,是把轉(zhuǎn)差|S|<0.1,未加勵(lì)磁的發(fā)電機(jī)投入系統(tǒng),當(dāng)出口斷路器合閘后,立即合滅磁開(kāi)關(guān),給上勵(lì)磁,把發(fā)電機(jī)拉入同步,因而自同期過(guò)程是失磁的逆過(guò)程。當(dāng)合上出口斷路器之后,機(jī)端測(cè)量阻抗的端點(diǎn)位于異步阻抗圓內(nèi),使裝置誤動(dòng),因此本裝置采用開(kāi)入量的方法來(lái)閉鎖保護(hù)。

當(dāng)長(zhǎng)線充電或自同期開(kāi)入任一條件滿足時(shí),發(fā)同期充電數(shù)字信號(hào)。

2.6 PT、CT斷線

PT斷線時(shí),阻抗變小,導(dǎo)致阻抗元件誤動(dòng),勵(lì)磁電壓-有功功率元件中有功功率受到影響,功率減小,不會(huì)誤動(dòng),因此,PT斷線閉鎖主要是對(duì)阻抗元件而言。機(jī)端PT斷線判斷采用負(fù)序分量的方法,計(jì)算機(jī)端電壓,電流的負(fù)序分量,當(dāng)負(fù)序電壓大于本裝置的給定值,而負(fù)序電流小于本裝置的定值時(shí),認(rèn)為PT斷線,發(fā)信號(hào),并閉鎖阻抗元件。

當(dāng)負(fù)序電壓小于給定值,而負(fù)序電流大于定值時(shí),認(rèn)為CT斷線。

 

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皮帶輸送機(jī)具有輸送量大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便、部件標(biāo)準(zhǔn)化等優(yōu)點(diǎn),廣泛地應(yīng)用在礦山、冶金、煤炭等部門,用來(lái)輸送松散物料或成件物品,是常用的破碎機(jī)輸送機(jī)。
多錘頭破碎機(jī)
多錘頭破碎機(jī)是對(duì)水泥混凝土路面進(jìn)行碎石化技術(shù)的專用機(jī)械,對(duì)舊水泥路面打碎后,水泥路面顆粒由上而下逐漸增大,經(jīng)碾壓后,上部顆粒形成平整面,下部顆粒間形成嵌擠結(jié)構(gòu),再加鋪新的面層后,可有效強(qiáng)化路基。
錘式破碎機(jī)錘頭
錘式破碎機(jī)又叫錘破,主要利用轉(zhuǎn)子上的錘頭高速旋轉(zhuǎn)與石料發(fā)生多次碰撞來(lái)實(shí)現(xiàn)破碎的,由于錘式破碎機(jī)錘頭自身高速旋轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生部分熱量,再加上與石料連續(xù)多次發(fā)生碰撞,錘頭很容易發(fā)熱,進(jìn)而會(huì)加重錘頭的磨損。
圓錐式破碎機(jī)
圓錐式破碎機(jī)廣泛應(yīng)用在冶金工業(yè)、建材工業(yè)、筑路工業(yè)、化學(xué)工業(yè)與硅酸工業(yè)中,適用于破碎中等和中等以上硬度的各種礦石和巖石。
旋轉(zhuǎn)篩
XZS系列旋轉(zhuǎn)篩適用化工、磨料陶瓷、食品、造紙、冶金、制藥等行業(yè)。
細(xì)碎制砂機(jī)
細(xì)碎制砂機(jī)(pxj系列高效立軸沖擊式破碎機(jī))是結(jié)合反擊式破碎機(jī)、錘式破碎機(jī)的性能研制成果。
顎式破碎機(jī)
顎式破碎機(jī)廣泛運(yùn)用于礦山、冶煉、建材、公路、鐵路、水利和化學(xué)工業(yè)等眾多部門,破碎抗壓強(qiáng)度不超過(guò)320兆帕的各種物料。

最新產(chǎn)品

CZ系列倉(cāng)壁振動(dòng)器
倉(cāng)壁振動(dòng)器用于防止和排除各種料倉(cāng)由于物料的內(nèi)摩擦、潮解、帶電、成分偏析等原因引起的“堵塞”、“塔拱”現(xiàn)象;亦可用于清除各種倉(cāng)壁、管道粘結(jié)物料
防閉塞裝置(ZFB)
ZFB防閉塞裝置(倉(cāng)壁振動(dòng)器)廣泛應(yīng)用于冶金、化工、建材、火電、煤炭、食品、水泥、制藥、化肥、糧食、鑄造、陶瓷、磨料等行業(yè)中貯料倉(cāng)的防閉塞之用。
慣性振動(dòng)器(ZG)
ZG慣性振動(dòng)器廣泛用來(lái)作為各種振動(dòng)機(jī)械(如振動(dòng)給料機(jī)、振動(dòng)輸送機(jī)、振動(dòng)篩分機(jī)、振動(dòng)落砂機(jī)、振動(dòng)破碎機(jī)、振動(dòng)提升機(jī)、振動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)等)的激振源
振動(dòng)電機(jī)
振動(dòng)電機(jī)礦山、鑄造、冶金、煤炭、電力、糧食、港口、化工、建材、機(jī)械、陶瓷等工業(yè)部門的理想配套設(shè)備

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振動(dòng)篩分

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