发电机失磁保护定值与欠励限制参数的校核方法.docx

发电机失磁保护定值与欠励限制参数的校核方法李楠;冯伟;王秀霞【摘 要】通过对东北及华北区域局部火力发电机组技术监视,觉察励磁系统定值与发变组保护定值存在较多不协作的问题.造成诸多问题的主要缘由是励磁调整器定值多由励磁厂家直接给出,没有与发变组保护定值进展校核计算,且电厂技术人员没有相关阅历进展励磁调整器参数整定.针对上述问题,依据隐极式发电机的运行容量曲线,具体阐述了失磁保护定值与欠励限制协作的目的及计算方法.并通过算例分析, 计算失磁保护定值与欠励限制参数的协作方法,为其它火力发电机组定值计算供给参考.【期刊名称】东北电力技术【年(卷),期】2023(039)001【总页数】4 页(P39-42)【关键词】AVR;过励限制;励磁变;过负荷【作 者】李楠;冯伟;王秀霞【作者单位】华电电力科学争论院东北分院,辽宁沈阳 110179;国网公司东北分部调度中心,辽宁沈阳 110180;国网源水电饱满发电厂,吉林吉林 132108【正文语种】中 文【中图分类】TM3111 隐极发电机励磁调整器限制功能的整定原则发电机运行容量图表达了发电机在端电压和冷却介质温度为额定值条件下，其有功功率和无功功率的关系。图 1 说明发电机在不同的功率因数运行工况下，保证发电机长期安全运行的范围。图 1 发电机运行容量图1.1 发电机滞相运行励磁调整器主要限制功能隐极发电机滞相运行并保持冷却介质温度不变时，为了保证发电机定子、转子绕组的温升不超过允许值而造成过热，其定子、转子电流不得超过额定值。在发电机滞相区运行时，励磁调整器限制器其主要限制包括转子电流限制、定子电流限制、原动机出力限制。1.2 发电机进相运行励磁调整器主要限制功能有功功率恒定发电机转入进相运行时，此时发电机处于低励磁状态，内电势降低， 电磁转矩减小，功角增大，发电机静稳定裕度减小,易失去静稳定。同时，发电机定子端部漏磁也趋于严峻，损耗增加。进相运行容量由定子铁芯端部过热、静态稳定极限或动态稳定极限三者中的最小限制确定。在发电机进相区运行时，励磁调整器限制器其主要限制曲线包括静稳容量限制曲线、欠励限制曲线、最小励磁电流限制曲线1。2 励磁调整器限制参数整定原则依据励磁系统相关国家及行业标准，要求励磁调整器限制器应在发变组保护动作前起到限制作用。励磁调整器主要利用附加功能环节，将发电机的定子电压、电流、转子电流等运行参数掌握在允许范围内，设定有过励限制器、欠励限制器、V/Hz 限制器、定子电流限制器、最小电流限制器等2。对于过励限制、V/Hz 限制、定子电流限制等应分别与发变组励磁回路过负荷保护、发电机过激磁保护、定子回路过负荷保护相协作，其参数值不应大于相对应的保护， 防止由于保护先动作，导致机组的停机事故，限制器则起不到应有的限制作用。但上述励磁限制参数与发变组保护定值校核计算较为简洁，为一样单位下数值的比较。由于发电机失磁保护定值承受 RX 坐标系，欠励限制参数承受 PQ 坐标系，两者不在一个坐标系下核算较为简单，因此本文主要针对发电机失磁保护与欠励限制参数校核进展具体的推导分析。2.1 欠励限制的整定原则发电机失磁保护是指为防止发电机的励磁突然全部消逝或局部消逝，使发电机进入异步运行状态导致发电机转子过热而损坏的保护功能。失磁保护是依据发电机在不同的运行状态和不同的系统故障时，其机端的测量阻抗是不同的。因此失磁保护是利用发电机定子参数的变化，如机端测量阻抗由第一象限进入第四象限和无功功率转变方向、机端电压下降、功角 增大、励磁电压降低等3。欠励限制器是励磁调整器中一种电压调整器的附加功能环节，在励磁系统输出电流削减时，防止发电机超越静态稳定极限或超越由定子端部铁芯发热所要求的发电及容量。欠励限制动作曲线是按发电机不同有功功率静稳定极限及发电机端部发热条件确定的4。因此当发电机运行至进相区内时，应保证发电机励磁欠励限制器应在发变组失磁保护动作前起到限制作用。励磁欠励限制器定值参数可依据进相运行深度或静稳极限进展整定。当依据静稳极限值整定时，按静稳定极限值留10%左右储藏系数整定， 但不能超过制造厂供给的 P-Q 运行曲线5。本文不推举按静稳极限值进展整定欠励限制器定值，由于假设欠励限制器定值超过进相试验深度进展整定，当系统进相运行时，假设发电机电压及母线电压过低，限制器不动作，起不到相应的限制作用。依据阻抗原理的失磁保护和励磁调整器欠励限制存在肯定的匹配关系，只有两者定 值匹配正确，才能防止失磁保护误动作。但是阻抗型失磁保护是在发电机机端的RX 测量阻抗圆平面上计算的，而励磁调整器的欠励限制 PQ 整定曲线是依据静态稳定极限圆并结合系统无功储藏整定的，二者分别属于不同的坐标系，无法直观地校核它们之间的协作关系，为此，必需将欠励限制 PQ 整定曲线转化为低励限制阻抗圆。2.2 RX 坐标系与 PQ 坐标系间的转换将发电机失磁保护动作方程为 RX 坐标平面映射至 PQ 平面，设失磁保护阻抗圆的圆心坐标为(0，X0)，半径为 R0，发电机有功功率为 P，发电机无功功率为 Q，发电机机端电压为 U，发电机定子电流为 I，发电机功率因数角为 ，失磁保护圆内为动作区域，其方程为(1)(2)将代入式(2)，整理得:(3)分子分母同乘以 I4，整理得：(4)U2I2(sin2+cos2)-2X0UsinI3=(-)I4 (5)U2I2sin2+U2I2cos2-2X0UsinI3=(-)I4 (6)将 P=UIcos，Q=UIsin 代入式(6)中,得： (7)将代入式(7)中，整理得：(8)2.3 发变组失磁保护定值坐标平面转换依据 DL/T6842023大型发电机变压器继电保护整定计算导则关于发电机失磁保护整定要求，定子侧阻抗判据可分为异步边界阻抗圆和静稳极限阻抗圆，阻抗平面如图 2 所示。异步边界阻抗圆动作判据主要用于与系统联系严密的发电机失磁故障检测，它能反映失磁发电机机端的最终阻抗，但动作可能较晚。图 2 发电机失磁阻抗动作特性2.3.1 静稳边界圆坐标转换发电机失磁保护静稳极限阻抗圆整定时，静稳圆圆心(0,)，圆的半径为，因此将代入式(8)中：(9)整理得：(10)式中:Xe 为发电机与系统的联系电抗；Xd 为发电机同步电抗(不饱和值)。可以得出，圆心为与 Q 轴的交点分别为平面图如图 3 所示，圆内是发电机的稳定运行区域。当发电机运行在圆外时，不能稳定运行，因此欠励限制单元应限制励磁电流连续削减。图 3 发电机失磁 PQ 特性图2.3.2 异步边界圆坐标转换发电机失磁保护静异步阻抗圆整定时，异步圆圆心为半径为，因此将代入式 (8)中：(11)整理得：(12)式中：为发电机暂态电抗(不饱和值)。可以得出，圆心为与 Q 轴的交点分别为(0，-)、(0,-),圆外是发电机的稳定运行区域。当发电机运行在圆内时，不能稳定运行，因此欠励限制单元应限制励磁电流连续削减。3 算例分析针对上述论证，通过国内配置较为普遍的发变组保护及励磁设备算例进展计算比照分析，得出相应的结论。依据国内某电厂 300 MW 机组发变组保护失磁保护定值与励磁调整器欠励限制参数进展核算。发变组保护为国电南自生产的 DGT801A 保护装置，励磁调整器设备为南瑞科技生产的 NES5100 励磁系统设备。发电机失磁保护定值单如表 1 所示，励磁调整器欠励限制参数如表 2 所示，进相试验数据如表 3 所示。表 1 发电机失磁保护定值参数发电机参数定值名称定值符号整定值机端TA:15000/5A 机端电压:20kV 发电机同步电抗:2.2 发电机暂态电抗:0.37 高压侧低电压定值/VUhl52 机端侧低电压定值/VUgl90 阻抗圆心/Xc(负)-19.64 阻抗半径/Xr17.8 转子低电压判据系数 Kfd0.4 转子低电压定值/VVfd177 反映功率/WPt0 动作时间/st10.3 动作时间/st21.5 动作时间/st31 动作时间/st40.5 启动电流/AIg1.0表 2 NES5100 励磁调整器欠励限制五点拟合参数参数无功功率/Mvar 有功功率/MW 第一点-350 其次点-35194 第三点-20291 第四点 0330 第五点 0388表 3 进相试验数据分析有功功率/MW 无功功率/Mvar 功角/(°)200-3758.7298.7- 23.165.2250.7-30.162.5依据表 1 中参数可知，发电机同步电抗为 2.2，发电机暂态电抗值为 0.37，发电机机端电压 20 kV，计算可知异步边界圆在 PQ 坐标系的圆心为(0，-1 170 Mvar)， 与 Q 轴的交点为(0，181 Mvar)，通过与欠励限制拟合曲线满足励磁调整器限制功能要求。通过比较进相试验 3 点试验数据，有功功率 200 MW、250.7 MW、298.7 MW 相对应的欠励限制无功功率分别为-35 Mvar、-26.2 Mvar、- 15.3Mvar，均小于进相试验深度，如图 4 所示，满足规程要求。图 4 发电机失磁与励磁参数限制校核图通过上述算例分析，可以看出通过异步边界原理计算的失磁保护定值与励磁调整器欠励限制参数协作符合定值计算要求。且从数据上分析，其失磁保护定值折算到PQ 坐标平面上，与欠励限制参数有较大的裕度。因此可以推断，假设发电机失磁保护定值依据异步边界圆原理计算时，且励磁调整器欠励限制参数依据进相试验数据整定时，可以不必进展发变组保护定值与欠励限制参数的校验。4 完毕语由上述分析可知，发电机励磁调整器定值的整定不仅要依据发电机一次系统的运行方式及主要参数，还要依据发变组保护定值统筹考虑。建议火力发电厂技术人员应依据 DL/T6842023大型发电机变压器继电保护整定计算导则及上述励磁调整器定值整定方法对发变组保护定值与励磁调整器定值进展重校核，以防止由于两者定值之间不协作导致的机组不能稳定运行。依据异步边界圆原理进展整定的失磁保护定值可不必与欠励限制定值进展校核，但依据静稳边界圆原理整定的失磁保护定值建议按本文计算方法进展校核计算。【相关文献】1 高培鑫，翟大海，齐锋光，等.1 000 MW 发电机保护定值与励磁调整器参数的匹配争论J.华东电力，2023，41(1)：224-227.2 孙孜平，高春如，沈 俭，等.自动励磁调整器整定计算的探讨J.电力系统自动化，2023，27(3)： 68-71.3 黄 龙，方昌勇，胡凯波.励磁调整器过励限制与发电机转子绕组过负荷保护的整定协作分析J. 浙江电力，2023，34(7)：21-23.4 王慧敏.发变组保护与励磁调整器的协作整定J.电工技术,2023，35(6)：23-25.5 李基成.现代同步发电机励磁系统设计及应用M.北京：中国电力出版社，2023.