不平衡电流产生的原因

不平衡电流产生的原因

1励磁涌流的影响

变压器在正常运行时，它的励磁电流只流过变压器的电源测，因此，通过电流互感器反 映到差动回路中就不能被平衡。在正常情况下，变压器励磁电流不过为变压器额定电流的2% ～3%；在外部故障时，由于电压降低，励磁电流也相应减少，其影响就更小。在实际整定 时可以不必考虑。

但是，在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能产生数值很大的励磁涌 流，其数值可达变压器额定电流的6～8倍。励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波分 量。励磁涌流的大小与合闸瞬间外加电压的相位，铁芯中剩磁的大小和方向以及铁芯的特性 有关。若正好在电压最大值时合闸，则不会出现励磁涌流，而只有正常时的电流。但对于三 相变压器而言，由于三相电压相位不同，无论在任何瞬间合闸，至少有两相要出现程度不同 的励磁涌流。励磁涌流可分解成各次谐波，以二次谐波为主，同时在励磁涌流波形中还会出 现间断角。励磁涌流的波形如图2。

2绕组连接方式不同的影响

变压器各侧绕组的连接方式不同,如双绕组变压器采用Y,d接线,三绕组变压器采用Y,y,d接线 时,各侧电流相位就不同。这时，即使变压器各侧电流互感器二次电流大小能相互匹配，但 不调整，相位差也会在差动回路中产生很大的不平衡电流。

3实际变比与计算变比不同的影响

由于电流互感器选用的是定型产品，其变比都是标准化的，很难与通过计算得出的变比 相吻合，这样就会在主变差动回路中产生不平衡电流。

4改变调压档位引起的不平衡电流及克服措施

电力系统中带负荷调整变压器分接头是调节系统电压的重要手段。改变调压档位实际 上就是改变变压器的变比。而差动保护已按照某一变比调整好，当分接头改换时，就会产生 一个新的不平衡电流流入差动回路。此时不可能再用重新选择平衡线圈匝数的方法来消除这 个不平衡电流，这是因为变压器的分接头是经常在改变，而差动保护的电流回路在带电时是 不可能进行操作的。因此，对由此产生的不平衡电流，通常是根据具体情况提高保护动作的 整定值加以克服。

5型号不同产生的不平衡电流

由于变压器各侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性和励磁电流（归算到同一侧 ）就不相同，因此，在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。

转子一点接地保护

转子一点接地保护反应发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。顾名思义，转子一点接地就是转子上只有一个点与地接触了，发电机转子一点接地后励磁回路对地电压将有所升高。在正常情况下，励磁回路对地电压约为励磁电压的一半。当励磁回路的一端发生金属性接地故障时 ，另一端对地电压将升高为全部励磁电压值，即比正常电压值高出一倍。在这种情况下运行，当切断励磁回路中的开关或一次回路的主断路器时，将在励磁回路中产生暂态过电压，在此电压作用下，可能将励磁回路中其它绝缘薄弱的地方击穿，从而导致第二

点接地。所以在转子一点接地保护动作后，经延时自动投入转子两点接地保护。

说白了，转子一点接地危害就是容易引起转子两点接地，而一点接地本身的危害并不大

什么是高频闭锁方向保护

高频闭锁方向保护是根据比较输电线路两侧短路功率方向的原理而构成的。短路功率的正方向规定为由母线流向线路，负方向为由线路流向母线。当被保护线路发生内部故障时，两侧的短路功率均为正方向，两侧保护装置中的收发信机都不发闭锁信号，当然也收不到闭锁信号，保护就动作，使两侧断路器跳闸。当线路外部发生故障时，本线路距故障点近的一侧短路功率方向为负，该侧保护起动，收发信机发出闭锁信号，这个闭锁信号被本线路两侧的保护所接收，把两侧的保护都闭锁起来，不能跳闸。由于这种保护装置是以高频通道经常无电流，而当保护区外发生故障时，由短路功率方向为负的一侧发出高频信号，去闭锁本侧和对侧的保护，因此叫做高频闭锁方向保护。

高频闭锁方向保护的主要优点在于利用非故障线路发送信号。这样，当线路内部故障并伴随通道损坏时，不会影响高频闭锁信号的传输，而在故障线路上，保护仍能正确动作，切除故障。

PID

所谓PID指的是Proportion-Integral-Differential。翻译成中文是比例-积分-微分。

比例（P）控制

比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。

积分（I）控制

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分（D）控制

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。 自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会 出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

形象点：比例跟偏差成正比，决定响应速度；积分的作用是使系统稳定后没有静差（如：你要得到输出是10，积分就能使最后结果是10，静差为0也即没有静差）；微分的作用使输出快速的跟定输入，也就是说你输入偏差变大，我“立刻”变化是你变小，抑制你

直流电机失磁危害：

T＝KtφIa，当φ为0时，则电枢电流很大，会烧坏电枢

有载的情况下：φ下降，E下降，Ia上升，T转矩下降，电流更大，

空载情况下：φ下降，n上升，飞车

他励直流电机运行时失磁：电机转速飞速上升，可能“飞车”，电枢电流非常大，电机转子可能散箍，换向器、电枢线圈可能甩出打坏。启动时类似，若剩磁不够的话，也可能不能启动。

一般 失压或欠流继电器，故障时切断电枢电源U

发电机失步

同步发电机正常运行时，定子磁极和转子磁极之间可看成有弹性的磁力线联系。当负载增加时，功角将增大，这相当于把磁力线拉长；当负载减小时，功角将减小，这相当于磁力线缩短。当负载突然变化时，由于转子有惯性，转子功角不能立即稳定在新的数值，而是在新的稳定值左右要经过若干次摆动，这种现象称为同步发电机的振荡。

振荡有两种类型：一种是振荡的幅度越来越小，功角的摆动逐渐衰减，最后稳定在某

一新的功角下，仍以同步转速稳定运行，称为同步振荡；另一种是振荡的幅度越来越大，功角不断增大，直至脱出稳定范围，使发电机失步，发电机进入异步运行，称为非同步振荡。

发电机振荡或失步时的现象

a）定子电流表指示超出正常值，且往复剧烈运动。这是因为各并列电势间夹角发生了变化，出现了电动势差，使发电机之间流过环流。由于转子转速的摆动，使电动势间的夹角时大时小，力矩和功率也时大时小，因而造成环流也时大时小，故定子电流的指针就来回摆动。这个环流加上原有的负荷电流，其值可能超过正常值。

b）定子电压表和其他母线电压表指针指示低于正常值，且往复摆动。这是因为失步发电机与其他发电机电势间夹角在变化，引起电压摆动。因为电流比正常时大，压降也大，引起电压偏低。

c）有功负荷与无功负荷大幅度剧烈摆动。因为发电机在未失步时的振荡过程中送出的功率时大时小，以及失步时有时送出有功，有时吸收有功的缘故

d）转子电压、电流表的指针在正常值附近摆动。发电机振荡或失步时，转子绕组中会感应交变电流，并随定子电流的波动而波动，该电流叠加在原来的励磁电流上，就使得转子电流表指针在正常值附近摆动。

）频率表忽高忽低地摆动。振荡或失步时，发电机的输出功率不断变化，作用在转子上的力矩也相应变化，因而转速也随之变化。.

f）发电机发出有节奏的鸣声，并与表计指针摆动节奏合拍。

g）低电压继电器过负荷保护可能动作报警。

h）在控制室可听到有关继电器发出有节奏的动作和释放的响声，其节奏与表计摆动节奏合拍。

i）水轮发电机调速器平衡表指针摆动；可能有剪断销剪断的信号；压油槽的油泵电动机起动频繁。

发电机振荡和失步的原因

根据运行经验，引起发电机振荡和失步的原因有

a）静态稳定破坏。这往往发生在运行方式的改变，使输送功率超过当时的极限允许功率。

）发电机与电网联系的阻抗突然增加。这种情况常发生在电网中与发电机联络的某处发生短路，一部分并联元件被切除，如双回线路中的一回背断开，并联变压器中的一台被切除等。

电力系统的功率突然发生不平衡。如大容量机组突然甩负荷，某联络线跳闸，造成系统功率严重不平衡。

d）大机组失磁。大机组失磁，从系统吸收大量无功功率，使系统无功功率不足，系统电压大幅度下降，导致系统失去稳定

e）原动机调速系统失灵。原动机调速系统失灵，造成原动机输入力矩突然变化，功率突升或突降，使发电机力矩失去平衡，引起振荡

f）发电机运行时电势过低或功率因数过高。(

g）电源间非同期并列未能拉入同步。

单机失步引起的振荡与系统性振荡的区别

a）失步机组的表计摆动幅度比其他机组表计摆动幅度要大；

b）失步机组的有功功率表指针摆动方向正好与其他机组的相反，失步机组有功功率表摆动可能满刻度，其他机组在正常值附近摆动。

系统性振荡时，所有发电机表计的摆动是同步的。

当发生振荡或失步时，应迅速判断是否为本厂误操作引起，并观察是否有某台发电机发生了失磁。如本厂情况正常，应了解系统是否发生故障，以判断发生振荡或失步的原因。发电机发生振荡或失磁的处理如下：

a）如果不是某台发电机失磁引起，则应立即增加发电机的励磁电流，以提高发电机电动势，增加功率极限，提高发电机稳定性。这是由于励磁电流的增加，使定、转子磁极间的拉力增加，削弱了转子的惯性，在发电机达到平衡点时而拉入同步。这时，如果发电机励磁系统处在强励状态，1min内不应干预。

b）如果是由于单机高功率因数引起，则应降低有功功率，同时增加励磁电流。这样既

可以降低转子惯性，也由于提高了功率极限而增加了机组稳定运行能力。

c）当振荡是由于系统故障引起时，应立即增加各发电机的励磁电流，并根据本厂在系统中的地位进行处理。如本厂处于送端，为高频率系统，应降低机组的有功功率；反之，本厂处于受端且为低频率系统，则应增加有功功率，必要时采取紧急拉路措施以提高频率。

d）如果是单机失步引起的振荡，采取上述措施经一定时间仍未进入同步状态时，可根据现场规程规定，将机组与系统解列，或按调度要求将同期的两部分系统解列。

以上处理，必须在系统调度统一指挥下进行。

英文：power system stabilization

电力系统稳定器（pss）就是为抑制低频振荡而研究的一种附加励磁控制技术。它在励磁电压调节器中，引入领先于轴速度的附加信号，产生一个正阻尼转矩，去克服原励磁电压调节器中产生的负阻尼转矩作用。用于提高电力系统阻尼、解决低频振荡问题，是提高电力系统动态稳定性的重要措施之一。它抽取与此振荡有关的信号，如发电机有功功率、转速或频率，加以处理，产生的附加信号加到励磁调节器中，使发电机产生阻尼低频振荡的附加力矩。

由试验可见：

(1)励磁控制系统滞后特性基本分为两种：自并励系统(约-40°～90°)：励磁机励磁系统(约-40°～-150°)。

(2)同一频率角度范围，表示同一发电机励磁系统在不同的系统工况和发电机工况下有

不同的滞后角度，从几度到十几度，其中也包含了测量误差。

(3)温州电厂与台州电厂虽采用同一励磁控制系统，因转子电压反馈和调节器放大倍数不同，励磁系统滞后特性发生明显变化。

(4)励磁调节器的PSS迭加点位置不同，励磁控制系统滞后特性也不同。

2.有补偿频率特性的测量

有补偿频率特性，由无补偿频率特性与PSS单元相频特性相加得到，用来反映经PSS相位补偿后的附加力矩相位。DL／T650-1998《大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件》提山，有补偿频率特性在该电力系统低频振荡区内要满足-80°～-135°的要求，此角度以机械功率方向为零度。根据试验的方便情况，可采用两种方法：(1)断开PSS信号输入端，在PSS输入端加噪声信号，测量机端电压相对PSS输入信号的相角：(2)PSS环节的相角加上励磁控制系统滞后相角。

由试验可见：

(1)通过调整PSS参数，可以使有补偿频率特性在较宽的频率范围内满足要求。

(2)ALSTHOM机组PSS低频段相位补偿特性未能满足要求。

(3)北仑电厂1号机PSS在小于0．4Hz范围增大隔直环节时间常数，使之低频段有良好的相位补偿特性，而且提升放大倍数(0．2Hz处提高1．76倍)。

3.PSS放大倍数和输出限幅

PSS放大倍数都以标幺值表示。输入值按PSS信号是哪一种，取机组额定有功功率、额定转速或额定频率为基值。输出值以PSS迭加点额定机端电压为基值。当PSS迭加点与电压迭加点不一致时，要按低频振荡频率下的环节放大倍数折算额定机端电压值。因PSS中的超前滞后环节影响放大倍数，本文以1Hz下的放大倍数进行比较.

4.PSS开环频率特性

开环频率特性用于测量增益裕量及相角裕量，判断闭环控制系统的稳定性，判断PSS放大倍数是否适当。可在PSS输入端或PSS输出端解开闭环进行测量。

由表5可见，除台州电厂7、8号机和北仑电厂2号机以外，开环频率特性的增益裕量及相角裕量均符合DL／T650-1998标准的要求，增益裕量大于6dB、相角裕量大于40°。

5.负载电压给定阶跃响应

负载电压给定阶跃响应作为为验证试验项目，可以直接观察PSS投入引起地区内与本机有关振荡模式阻尼比的提高，从表6中可见振荡频率均在1．18Hz以上。阶跃响应不能检验区域间与本机有关振荡模式阻尼比的提高。试验结果表明，以上机组PSS的作用均有效。有的机组对负载电压阶跃反映迟钝，以至难以测量，这可能是调节器的一些环节滤去了阶跃信号中的高频分量，也可能是在试验工况下系统组尼比较大。

二、对PSS工作的几点看法

1、关于相位补偿的频率范闹

DL／T650-1998《大型汽轮发机自并励静止励磁系统技术条仆》提出了PSS应满足该

机各振荡模式下的相位补偿要求，其振荡频率一般在0．2Hz～2．0Hz范围内。相位补偿可按分析计算得出该系统振荡模式的实际频率范围设计，也可按0．2Hz~2．0Hz频率范围设计。

后者因频带宽，不易在全范围满足要求，如果有一定的经验，也可以经初步分析后进行现场试验整定。以上所列浙江电网PSS整定I作均为不依靠系统计算分析，仅由现场试验整定。除ALSTHOM机组PSS因没有可调整点无法扩大相位补偿的频率范围之外，其它机组在0．5Hz～1．6Hz内满足-60°～-135°有补偿频率特性的要求。这里要指出，在DL／T650—1998发布之前，采用有补偿频率特性-60°～-135°的要求：DL／T650-1998提出了有补偿频率特性-80°～-135°的要求。

ALSTHOM机组PSS的相位补偿仅满足0．75Hz以上低频振荡范围的要求。其原因是PSS仅设计一个隔直环节，没有超前滞后环节。建议：(1)对电力系统进行小干扰稳定性分析后，判断ALSTHOM机组PSS是否需要重新设计。(2)应在供货前提供励磁系统数学模型参数，得到确认后再发货。

现场试验整定的条件为，励磁调节器可以进行励磁系统滞后特性的测量，即可以在PSS迭加点加入测量川的噪声信号。但有些微机励磁调节器做不到。对此，DL／T650-1998柄；准中明确要求，励磁调节器应具备测量励磁控制系统滞后特性的功能。

将PSS计算分析得到不同运行方式利事故状况下的励磁系统滞后特性，结合现场试验实测励磁系统滞后特性，从而合理而准确地整定PSS参数。

2、关于振荡模式的分析

通过振荡模式的分析，了解各振荡模式的振频和阻尼比。

PSS首先应保证在大小运行方式下阻尼比均满足要求。于是要分析无PSS时大小运行方式下的阻尼比，确定必须投入PSS的电厂和机组。

电力系统故障以后阻尼往往被削弱，所以要进行故障预测和故障后动态稳定性分析，以判断在故障情况FPSS是否仍可为系统动态稳定提供足够的正阻尼。如存在问题，需进行进一步研究。

各振荡模式的振频应包括在PSS频带范围内。

由于振荡模式分析需要电力系统和励磁系统的参数，需要运行状态和分析经验的积累，建议在开展分析工作的同时，不失时机地通过现场试验将大型汽轮发电机组PSS投入运”。

通过投入试验来验证和改进分析工作，用计算分析来指导和简化PSS投入试验。

3、关于PSS放人倍数

PSS放大倍数可按临界放大倍数的1／3～1／5整定。浙江电网PSS试验均采用测量开环频率特性稳定裕量的方法测量调整PSS放大倍数。其原因有三个：一是测量开环频率特性稳定裕量采用加白噪声到励磁系统的方法，试验简单，且对发电机的扰动较小，试验安全：二二是有的装置PSS放大倍数调整困难，临界放大倍数不易达到：三是有的装置PSS放大倍数做死了，没法调整。在已进行的9处PSS试验中，只有台州电厂7、8号机ALSTHOM机组的增益裕量和相角裕量都小于标准规定值，说明采用测量开环频率特性稳定裕量的方法来测量调整PSS放大倍数是可行的。

台州电厂7、8号机ALSTHOM机组的增益裕量和相角裕量小于标准规定值，但是其PSS放大倍数却只有0．27和0．48，在9台机的PSS放大倍数中偏小。北仑电厂1号机PSS计入PSS迭加点到励磁电压的放大倍数后，从PSS信号输入点到励磁电压的总放大倍数看，与稳定裕量的关系是明确的.

台州电厂7、8号机和北仑电厂2号机总放大倍数人于其它机组一倍以上，它们的稳定裕量明显低于其它机组。

台州电厂5号机组和温州电厂1、2号机组有着相近的总放大倍数，但是它们的稳定裕量有差别，这说明放大倍数与机组在系统中的位置有 关，放大倍数需要由试验或计算的稳定裕量来决定。

对一些原动机稳定性不是很好、平时有功功率就有波动的机组，若PSS仅采用有功功率信号，会增加机组有功功率的波动。因为仅采用有功功率信号的PSS有反调作用。对此，首先应减小原动机的扰动，其次PSS取较小的放大倍数。

4．关于PSS输出限幅

放大倍数大，PSS输出就容易限幅。比如取有功功率为信号的PSS放大倍数为1，输出限幅为5％，当有功功率波动大于5％就限幅，即使有功功率波动人到无穷，PSS输出只使基波幅值增加到5％的1．27倍。一般认为，PSS输出限幅可以按5％～10％考虑。

不同的振荡模式和强度对系统的破坏是不同的。故障发生可能伴随几种振荡模式，限幅是不加区别的削弱PSS信号对各种振荡模式的控制。智能式的PSS有可能判别严重后果的振荡模式并加大对其的控制力度。

5．核实振荡模式分析结果

可以通过励磁系统加入阶跃信号给系统一个激励，分析该响应，得到与本机有关的振荡模式，从而核实振荡模式计算分析结果。

6．制订PSS整定计算规范和现场试验大纲

上述问题涉及PSS计算分析研究。浙江省电力试验研究所早年进行过振荡模式的分析(小干扰稳定性分析)和PSS参数设计，但未与PSS现场投运结合起来。希望滚动地进行振荡模式的分析，相应制订协调一致的PSS整定计算规范和现场试验大纲。1999年6月全国电力系统励磁研讨会也提出了这个要求。