【摘 要】当发电机励磁系统发生故障时，将引起发电机系统同步不平衡，对机组及电网的安全性构成严重威胁。传统的失磁保护方法是在静态阻抗、异步阻抗等基本判据的基础上，辅之以励磁低压、机端低压等辅助判据。但是，在进相运行时励磁电流、励磁电压均有降低的趋势，使得机端测量阻抗很容易进入失磁阻抗圈，造成失磁保护误动。基于此，文章以某发电厂#3机组分布式控制系统（Distributed Control System，DCS）显示#3机失磁保护动作这一情况为研究对象，对保护动作的原因进行分析，并剖析微机继电保护失磁判据构成。通过保护整定优化，实现机端测量阻抗在第一象限稳定运行。故障仿真验证表明，优化后的装置在两次启动过程中均能可靠动作。

【关键词】发电机；失磁保护动作；故障分析；保护整定

引言

近年来，随着国家电网行业标准的深入贯彻及防事故措施的严格执行，继电保护系统可靠性显著提升，但励磁系统及现场控制屏继电器的检验仍易被忽视。例如，所有脱扣器的触头都应该使用动合触头；跳闸回路的出口继电器和作为保护判据的信号继电器，其动作电压需满足额定直流电压的55%～70%；中间继电器功率不小于5 W[1]。历史数据表明，励磁系统中继电器老化、插件接触不良等问题仍是失磁故障的重要诱因。发电机失磁不仅威胁机组自身安全，其机组容量占比越大，对电网稳定性的冲击越显著。因此，失磁保护跳闸逻辑需与低励限制策略协同配合，避免误动作扩大事故影响[2]。当前，转子绕组故障、励磁调节器异常、灭磁开关失灵及一二次回路缺陷等，均可能导致发电机励磁部分或完全丧失，进而引发电网振荡风险。

一、失磁对电力系统及发电机的影响

失磁状态下，发电机需从电力系统中吸收大量无功功率以维持磁场结构，导致系统的无功需求增加，打破原有功率平衡。

当电力系统容量较小或无功储备不足时，失磁引发的无功缺额可能导致系统电压水平显著下降。若未及时调控，可能引发区域性电压崩溃风险，影响电力供应可靠性。

失磁后，转子与定子磁场间的转差率增大，在转子本体及励磁回路中产生差频电流将导致转子过热，加速绝缘老化甚至造成结构性损伤。

对于直接冷却式大型汽轮发电机，失磁可能激发机组轴系振动加剧。可能引发轴承磨损、动静部件碰磨等严重故障，直接威胁机组安全稳定运行。

低励磁或失磁运行时，定子端部漏磁场强度显著增加。漏磁在端部铁心及金属构件中感应涡流，加剧局部发热效应，长期运行可能导致端部结构件热变形或绝缘劣化。

二、事件概括

某厂电站升压站采用双母双分段带旁母接线，额定容量为356 MVA，事故前#3机组和#6机组处于运行状态，母线合环运行。2024年8月12日13：25：04，某发电厂#3机DCS系统报#3机失磁保护动作。发电机灭磁开关跳闸、主励磁灭磁开关跳闸、并联断路器5004跳闸、锅炉主燃料跳闸动作、厂用电系统备用电源自投动作、机组保护动作以及故障录波器启动记录。#3机失磁保护动作之后，#3和#5机组停机。

三、发电机失磁保护动作的原因分析

#3机DCS系统显示#3机失磁保护动作，#3发电机从电网解列，经现场核查，发现该机组的运行模式是热电站#3发电机与空压机同在I段运行。结合现场的实际状况初步分析，发现发电机失磁的原因有以下几个方面：第一，励磁器箱到励磁装置的电压传输线路存在潜在缺陷；第二，激振器控制装置在10年前就已经投入使用，元器件老化可能导致功能异常；第三，空气压缩机在启动过程中会引起系统电压的波动，进而引起激振器的强励[3]；第四，失磁保护整定计算可能与机组实际运行特性不匹配；第五，微型计算机的继电保护设备存在误动或拒动风险。