失步保護

同步發電機正常運行時，定子磁極和轉子磁極之間可看成有彈性的磁力線聯繫。當負載增加時，功角將增大，這相當於把磁力線拉長；當負載減小時，功角將減小，這相當於磁力線縮短。

振蕩有兩種類型：一種是振蕩的幅度越來越小，功角的擺動逐漸衰減，最後穩定在某一新的功角下，仍以同步轉速穩定運行，稱為同步振蕩；另一種是振蕩的幅度越來越大，功角不斷增大，直至脫出穩定範圍，使發電機失步，發電機進入非同步運行，稱為非同步振蕩。

隨著互聯電網規模的不斷擴大，電網結構複雜、運行控制困難，導致電網的安全穩定問題更加突出。而發電機失步保護等不完善、可靠性不高，它們在大電網事故中的不正確、不合理動作加劇了電網的崩潰，是電網安全穩定的潛在威脅。

發電機失步保護反映發電機機端測量阻抗的變化軌跡，能可靠躲過系統短路和穩定振蕩，並能在失步搖擺過程中區分加速失步和減速失步。

發電機振蕩或失步時的現象a）定子電流表指示超出正常值，且往複劇烈運動。這是因為各並列電勢間夾角發生了變化，出現了電動勢差，使發電機之間流過環流。由於轉子轉速的擺動，使電動勢間的夾角時大時小，力矩和功率也時大時小，因而造成環流也時大時小，故定子電流的指針就來回擺動。這個環流加上原有的負荷電流，其值可能超過正常值。b）定子電壓表和其他母線電壓表指針指示低於正常值，且往複擺動。這是因為失步發電機與其他發電機電勢間夾角在變化，引起電壓擺動。因為電流比正常時大，壓降也大，引起電壓偏低。c）有功負荷與無功負荷大幅度劇烈擺動。因為發電機在未失步時的振蕩過程中送出的功率時大時小，以及失步時有時送出有功，有時吸收有功的緣故d）轉子電壓、電流表的指針在正常值附近擺動。發電機振蕩或失步時，轉子繞組中會感應交變電流，並隨定子電流的波動而波動，該電流疊加在原來的勵磁電流上，就使得轉子電流表指針在正常值附近擺動。）頻率表忽高忽低地擺動。振蕩或失步時，發電機的輸出功率不斷變化，作用在轉子上的力矩也相應變化，因而轉速也隨之變化。.f）發電機發出有節奏的鳴聲，並與表計指針擺動節奏合拍。g）低電壓繼電器過負荷保護可能動作報警。h）在控制室可聽到有關繼電器發出有節奏的動作和釋放的響聲，其節奏與表計擺動節奏合拍。i）水輪發電機調速器平衡表指針擺動；可能有剪斷銷剪斷的信號；壓油槽的油泵電動機起動頻繁。發電機振蕩和失步的原因根據運行經驗，引起發電機振蕩和失步的原因有a）靜態穩定破壞。這往往發生在運行方式的改變，使輸送功率超過當時的極限允許功率。）發電機與電網聯繫的阻抗突然增加。這種情況常發生在電網中與發電機聯絡的某處發生短路，一部分並聯元件被切除，如雙回線路中的一回背斷開，並聯變壓器中的一台被切除等。電力系統的功率突然發生不平衡。如大容量機組突然甩負荷，某聯絡線跳閘，造成系統功率嚴重不平衡。d）大機組失磁。大機組失磁，從系統吸收大量無功功率，使系統無功功率不足，系統電壓大幅度下降，導致系統失去穩定e）原動機調速系統失靈。原動機調速系統失靈，造成原動機輸入力矩突然變化，功率突升或突降，使發電機力矩失去平衡，引起振蕩f）發電機運行時電勢過低或功率因數過高。(g）電源間非同期並列未能拉入同步。

單機失步引起的振蕩與系統性振蕩的區別a）失步機組的表計擺動幅度比其他機組表計擺動幅度要大；b）失步機組的有功功率表指針擺動方向正好與其他機組的相反，失步機組有功功率表擺動可能滿刻度，其他機組在正常值附近擺動。系統性振蕩時，所有發電機表計的擺動是同步的。當發生振蕩或失步時，應迅速判斷是否為本廠誤操作引起，並觀察是否有某台發電機發生了失磁。如本廠情況正常，應了解系統是否發生故障，以判斷發生振蕩或失步的原因。發電機發生振蕩或失磁的處理如下：a）如果不是某台發電機失磁引起，則應立即增加發電機的勵磁電流，以提高發電機電動勢，增加功率極限，提高發電機穩定性。這是由於勵磁電流的增加，使定、轉子磁極間的拉力增加，削弱了轉子的慣性，在發電機達到平衡點時而拉入同步。這時，如果發電機勵磁系統處在強勵狀態，1min內不應干預。b）如果是由於單機高功率因數引起，則應降低有功功率，同時增加勵磁電流。這樣既可以降低轉子慣性，也由於提高了功率極限而增加了機組穩定運行能力。c）當振蕩是由於系統故障引起時，應立即增加各發電機的勵磁電流，並根據本廠在系統中的地位進行處理。如本廠處於送端，為高頻率系統，應降低機組的有功功率；反之，本廠處於受端且為低頻率系統，則應增加有功功率，必要時採取緊急拉路措施以提高頻率。d）如果是單機失步引起的振蕩，採取上述措施經一定時間仍未進入同步狀態時，可根據現場規程規定，將機組與系統解列，或按調度要求將同期的兩部分系統解列。以上處理，必須在系統調度統一指揮下進行。