霍 震

(国电科学技术研究院，江苏 南京 210023)

不同的电网具有不同的系统结构以及接入的发电机数量，而这些电网经常会发生一些动态事件，如负荷的突变、系统内短路没有快速的切除、非同期重合闸以及运行方式的改变等，这些动态事件的发生，都可能引起系统的振荡，继而危及电网的稳定运行，因此有功功率的振荡与电网的稳定有重大关系，有功功率振荡同时将可能导致机组失步，发电机大轴可能发生扭转振荡，使大轴遭受机械损伤，甚至造成严重事故。所以大型发电机组应装设失步保护[1]。

1 发电机失步时的机端阻抗轨迹

可以通过图1的电力系统等效模型推导出发电机失步时的机端阻抗方程。

图1 电力系统的等效模型

(1)

I(m)为振荡电流，位置m处的电压为：

U(m)=UG-(m·Ztot·I)(3)

将式(2)和(3)代入式(1)，并将UN与UG用极坐标代入可得：

·Ztot(4)

式中：δ=δG-δN,是发电机机端电压和系统电压之间的相角差。在正常情况下这个数值取决于负荷情况，通常是个常数。在发电机失步过程中，δ将持续波动，范围从0°到360°，从式(4)可以看出，发电机失步时机端阻抗的轨迹在以测量点的位置为坐标轴的原点的坐标系内是一个个圆，圆心和半径由UN/UG的值确定，轨迹圆的圆心总是位于一条斜线上，斜线的倾角取决于Ztot的阻抗角，当UG=UN时，测量阻抗的轨迹为一条直线。

2 三元件失步保护的原理及定值整定

三元件失步保护采用基于机端视在阻抗变化轨迹的三阻抗元件构成，图2是三阻抗元件的典型动作特性图。

图2 三元件失步保护的动作特性图