高培鑫，林晶儒，翟大海，齊鋒光，李傳波

(1.西安交通大學電氣工程學院，西安市710049;2.華能玉環(huán)電廠，浙江省玉環(huán)市317604)

0 引言

1 000MW發(fā)電機組的不斷投運，對機組和電網(wǎng)的穩(wěn)定、可靠運行提出越來越高的要求，而目前大多數(shù)電廠在進行發(fā)電機和變壓器組(發(fā)變組)保護整定計算時，容易忽略與勵磁調(diào)節(jié)器參數(shù)的配合，導致勵磁系統(tǒng)一旦出現(xiàn)運行異常，發(fā)變組保護立即動作，造成發(fā)電機組非正常停運事故。本文基于某1 000MW發(fā)電機組，分析發(fā)電機保護定值整定與勵磁調(diào)節(jié)器限制參數(shù)之間的匹配關(guān)系。

1 發(fā)電機失勵磁保護與勵磁調(diào)節(jié)器欠勵磁限制的匹配

發(fā)電機的失勵磁保護和自動勵磁調(diào)節(jié)器的欠勵磁限制都能控制進相運行深度，使機組進相運行深度控制在發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定極限之內(nèi)，若兩者能夠很好地匹配，就能使機組吸收最大無功，并保證在發(fā)電機失去穩(wěn)定時保護和限制能夠正確動作［1］。

1.1 欠勵磁限制參數(shù)設定原則

欠勵磁限制功能用于防止勵磁過低導致發(fā)電機失去靜態(tài)穩(wěn)定，欠勵磁限制與發(fā)電機失勵磁保護匹配，即要求在任何操作和擾動的情況下，都保證欠勵磁限制先于發(fā)電機失勵磁保護動作。

1.2 失勵磁保護與欠勵磁限制匹配整定

失勵磁保護計算是在發(fā)電機機端的R-X測量阻抗圓平面上進行，而勵磁調(diào)節(jié)器的欠勵磁限制P-Q整定曲線是根據(jù)靜態(tài)穩(wěn)定極限圓并結(jié)合系統(tǒng)的無功儲備整定，二者分別屬于不同的坐標系，因此無法直觀校核其匹配關(guān)系，必須將失勵磁保護阻抗圓平面轉(zhuǎn)換為 P-Q 曲線平面［2］。

1.3 坐標平面轉(zhuǎn)換

對于汽輪發(fā)電機，靜態(tài)穩(wěn)定極限圓在P-Q平面上的表達式為

式中:P、Q分別為發(fā)電機的有功功率和無功功率;U為發(fā)電機機端電壓;Xe為發(fā)電機與系統(tǒng)聯(lián)系的電抗;Xd為發(fā)電機同步電抗。

由式(1)可知:靜態(tài)穩(wěn)定極限圓的圓心為［0，U2(1/Xe－1/Xd)/2］，半徑為U2(1/Xe－1/Xd)/2。圓內(nèi)是發(fā)電機的穩(wěn)定運行區(qū)域，當發(fā)電機運行在圓外時，不能穩(wěn)定運行，欠勵磁限制單元應限制勵磁電流繼續(xù)減少。

設失勵磁保護阻抗圓的圓心坐標為(0，X0)，半徑為R0，圓內(nèi)為動作區(qū)，其方程為

將失勵磁保護動作方程映射至P-Q平面，靜態(tài)穩(wěn)定極限圓為

靜態(tài)穩(wěn)定極限圓與Q軸相交于(0，U2/Xe)和(0，－ U2/Xd)兩點，動作區(qū)在圓外［4］。

1.4 某電廠失勵磁保護與欠勵磁限制匹配

某1 000MW機組參數(shù)為:發(fā)電機額定容量為1 112 MVA;主變額定容量為3×370 MVA;發(fā)電機同步電抗Xd=216.4%;發(fā)電機暫態(tài)電抗X'd=23.8%;變壓器電抗 Xt=18.6%;系統(tǒng)電抗 Xs=0.081 9(1 000 MVA、最小方式)，系統(tǒng)電抗 Xs=0.066 5(1 000 MVA、最大方式);機端電壓 Un=27kV;TA變比為28 000/1;TV變比為27/0.1。

根據(jù)式(1)可知，靜態(tài)穩(wěn)定圓在P-Q平面的圓心s00和半徑r00分別為1.46、1.8?？紤]可靠系數(shù)，計算得到有裕度靜態(tài)穩(wěn)定圓在P-Q平面的圓心s0和半徑r0為1.12、1.385。根據(jù)運行經(jīng)驗，分別選取 s0、r0為1.08、1.4。

將失勵磁保護異步圓按式(2)映射到P-Q平面，得到其圓心s和半徑r分別為－3.96、3.6。

將各曲線按相同比例畫在同一平面上，如圖1所示。由圖1可知，在機端電壓最低允許值為0.95Ue的情況下，失磁保護阻抗圓完全處在欠勵磁限制線的下方，欠勵磁限制曲線與靜態(tài)穩(wěn)定圓和失勵磁保護阻抗圓相互之間有一定的裕度。某電廠1 000MW發(fā)電機失勵磁保護和欠勵磁限制的原理和動作行為相互匹配，發(fā)電機從失勵磁到最后失穩(wěn)或失步，機端測量阻抗先進入欠勵磁限制區(qū)，然后進入靜態(tài)失穩(wěn)區(qū)，最后過渡到失勵磁異步圓［5］。

圖1 發(fā)電機失勵磁保護與欠勵磁限制整定計算曲線Fig.1 Setting calculation curve between low excitation limiter and field loss protection in generator

2 發(fā)電機變壓器過激磁保護與勵磁調(diào)節(jié)器電壓/頻率限制之間的匹配

過激磁保護的作用為防止發(fā)電機和主變壓器因過激磁引起繞組、鐵芯和靠近的繞組、油箱壁、結(jié)構(gòu)件過熱造成局部變形和損傷絕緣。發(fā)電機、變壓器的過激磁一般在未與系統(tǒng)并列時發(fā)生，如:發(fā)電機在與系統(tǒng)并列前由于操作失誤，誤加勵磁電流;發(fā)電機在啟動過程中，轉(zhuǎn)子低速時誤起勵磁;自動勵磁調(diào)節(jié)裝置失靈，電壓迅速升高，頻率雖也升高，但相對緩慢引起過激磁［6］。

勵磁調(diào)節(jié)器的電壓/頻率限制應先于發(fā)電機和主變壓器的過激磁保護動作，一般動作后減少電壓給定值來限制電壓/頻率限制比值。在整定勵磁調(diào)節(jié)器電壓/頻率限制單元定值時，要充分考慮與發(fā)電機、變壓器的過激磁保護定值的匹配，電壓/頻率限制定時限定值不得高于發(fā)電機、變壓器過激磁保護定值。若是反時限特性，曲線之間要匹配，要保證勵磁調(diào)節(jié)器電壓/頻率限制先動作［7］。某電廠1 000MW 機組發(fā)電機和變壓器配置了過激磁保護，發(fā)電機過激磁保護電壓/頻率報警值為1.06，時間為0.5 s;變壓器過激磁跳閘保護反時限特性啟動值為1.09，時間常數(shù)為0.63，發(fā)電機的過勵磁能力低于主變，所以勵磁調(diào)節(jié)器電壓/頻率限制主要與發(fā)電機的過激磁保護匹配。勵磁調(diào)節(jié)器中過激磁限制定值為1.06，時間為0 s，能夠與發(fā)電機過激磁保護定值匹配(見圖2)，當發(fā)生發(fā)電機過激磁時首先由勵磁調(diào)節(jié)器判斷加以限制，當限制失敗時，由發(fā)電機過激磁保護跳閘［8］。

圖2 發(fā)電機過勵磁保護與V/F限制整定計算曲線Fig.2 Setting calculation curves between V/F limiter and over excitation protection in generator

3 發(fā)電機定子繞組過流保護與勵磁調(diào)節(jié)器定子電流限制之間的匹配

勵磁調(diào)節(jié)器定子電流限制的作用是監(jiān)測發(fā)電機定子電流給定值，把發(fā)電機定子電流限制在預定范圍，當發(fā)電機定子電流超過限制區(qū)，如果此時發(fā)電機在進相運行，則限制器動作，增加勵磁電流;如果此時發(fā)電機在遲相運行，則限制器動作，減少勵磁電流。其定子電流限制定值一般不超過額定電流的1.05倍，即調(diào)節(jié)器定子電流限制值為0.9 pu，時間為0 s，低于發(fā)電機定子過流保護整定值，滿足匹配要求(見圖3)。

圖3 發(fā)電機過電流保護與定子電流限制整定計算曲線Fig.3 Setting calculation curves between stator current limit and over current protection in generator

4 結(jié)論

某電廠4臺機組自正式投產(chǎn)發(fā)電以來運行良好，從未發(fā)生過因發(fā)變組保護定值與勵磁調(diào)節(jié)器參數(shù)匹配不當，造成機組停運。勵磁調(diào)節(jié)器限制單元的定值整定要結(jié)合發(fā)變組一次系統(tǒng)運行方式和繼電保護相關(guān)保護定值統(tǒng)籌考慮，做到定值之間的匹配優(yōu)化，從而保證機組的安全穩(wěn)定運行。

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