摘 要 發(fā)變組保護與勵磁系統(tǒng)是發(fā)電廠繼電保護中重要的一部分，同時也是繼電保護整定計算的重點、難點所在。發(fā)變組保護與勵磁系統(tǒng)限制的合理配合、整定，關(guān)系到機組、電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，同時也是網(wǎng)源協(xié)調(diào)參數(shù)核查中的重要部分。通過對本廠繼電保護的整定計算，分析闡述了發(fā)電機失磁保護與勵磁系統(tǒng)低勵限制、發(fā)電機轉(zhuǎn)子過負荷保護與勵磁系統(tǒng)強勵限制、發(fā)變組過激磁保護與勵磁系統(tǒng)伏赫茲限制、發(fā)電機定子繞組過負荷保護與勵磁系統(tǒng)定子過電流限制的配合關(guān)系，對其它發(fā)電企業(yè)的網(wǎng)源協(xié)調(diào)參數(shù)核查、勵磁和發(fā)變組保護裝置的整定計算、配合、校核有著較好的參考意義。

關(guān)鍵詞 網(wǎng)源協(xié)調(diào) 勵磁限制 發(fā)變組保護

中圖分類號：TM761.11 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2015.11.074

Cooperation Analysis of Plant Excitation Limit and Transformer Protection

SUN Yinkui， HE Zhihao， ZHANG Yong

（CR Power Yichang Branch， Yichang， Hubei 443000）

Abstract Transformer protection relay with excitation system is an important part of the power plant， but also focus on setting calculation of relay protection， the difficulty lies. Transformer protection and excitation system with a reasonable limit， tuning， related to the units， grid security and stability， but also the network source coordination parameters important part of verification. By setting calculation of relay protection Our analysis describes the generator loss of field protection and low excitation limit excitation system， generator rotor excitation system overload protection and strong excitation limit， over-excitation transformer Group Protection and Excitation System V Hz limit generator stator winding excitation system overload protection and over-current limit of the stator with the relationship of other power generation enterprise network source verification coordination parameters， and excitation transformer protection device setting calculation， teamwork， it has a good reference significance.

Key words coordination network source; excitation limit; transformer protection

0 引言

華潤電力（宜昌）有限公司2€？50MW機組采用國電南瑞科技生產(chǎn)的NES-5100型勵磁調(diào)節(jié)器，勵磁方式為自并勵勵磁，可控硅全控橋整流。發(fā)變組保護采用國電南瑞繼保生產(chǎn)的RCS-985系列保護裝置，發(fā)電機型號為QFSN-350-2-20，額定定子電流為11887A，額定勵磁電流為2287A。通過對勵磁限制與發(fā)變組保護的整定計算、配合，介紹了限制和保護動作的條件，闡述了兩者之間配合的關(guān)系、工程實際應(yīng)用中的參數(shù)整定原則。

1 低勵限制與失磁保護的配合

運行中的發(fā)電機組，由于某種異常的突發(fā)狀況（勵磁系統(tǒng)故障，轉(zhuǎn)子回路發(fā)生短路、滅磁開關(guān)誤跳等），導(dǎo)致勵磁電流急劇降低，發(fā)電機感應(yīng)電勢Ed降低，電磁轉(zhuǎn)矩小于原動機轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子加速，功角變大，當功角大于靜穩(wěn)極限功角時，發(fā)電機失穩(wěn)，轉(zhuǎn)入異步運行。失磁保護依據(jù)機端測量阻抗而動作，當發(fā)電機進入失磁狀態(tài)后，發(fā)電機機端測量阻抗軌跡將會從等有功阻抗圓越過靜穩(wěn)邊界阻抗圓（如圖1所示），最后進入到坐標所示的異步阻抗圓。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)低勵限制的作用是當勵磁電流下降到設(shè)置的限制值時，限制勵磁電流下降或者抬高勵磁電流，使發(fā)電機組在運行時避免超越靜穩(wěn)極限。

對于發(fā)電機，其靜穩(wěn)邊界的表達式為：

+ "=

此極限功率圓的圓心在Q軸，圓心的坐標為[0，]，其半徑為 = "。

式中：

—分別為有功功率及無功功率;

—發(fā)電機額定機端電壓;

—發(fā)電機與系統(tǒng)的聯(lián)系阻抗;

—發(fā)電機縱軸同步電抗。

南瑞NES-5100型勵磁調(diào)節(jié)器采用5點擬合方式確定低勵限制線，裝置實測發(fā)電機有功和無功，根據(jù)點與直線位置計算公式，判斷實際允許點離欠勵限制曲線的遠近和內(nèi)外（遠近用模值表達，內(nèi)外用符號表達），當有功和無功的交叉點越過欠勵限制曲線，裝置即以發(fā)電機的無功功率作為被調(diào)節(jié)量之一進行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)偏差即為運行點至欠勵曲線的距離，從而保證發(fā)電機運行點能夠回到安全允許的區(qū)域內(nèi)。其限制模型的傳遞函數(shù)如圖2所示：

發(fā)電機的失磁保護和勵磁系統(tǒng)低勵限制功能，兩者之間存在一定的配合關(guān)系：動作順序為低勵限制—低勵保護—失磁保護的原則，低勵限制需要與靜穩(wěn)極限邊界進行配合計算，并且留有充分的裕度。發(fā)電機從失磁到失步運行，發(fā)電機機端測量阻抗和功率都應(yīng)該先進入低勵限制動作區(qū)域，再進入低勵保護動作區(qū)，最后才過渡到失磁保護圓，在發(fā)電機的P-Q平面上失磁保護阻抗圓處在低勵限制線的下方。因此只有兩者的保護定值配合正確，才能有效防止發(fā)變組失磁保護誤動。但是，在實際運行情況中表明，由于整定計算時未考慮兩者的配合或者計算不合理而導(dǎo)致失磁保護誤動時有發(fā)生，特別是發(fā)電機帶有較小的負荷進相運行時，如果勵磁系統(tǒng)低勵限制整定得過于保守，既限制了發(fā)電機進相能力，也可能使發(fā)變組失磁保護誤動。

2強勵限制與轉(zhuǎn)子過負荷的配合

發(fā)電機勵磁系統(tǒng)強勵限制主要用來防止發(fā)電機轉(zhuǎn)子回路過熱，當電網(wǎng)電壓較低時，發(fā)電機自動增加無功功率輸出，當發(fā)電機勵磁電流超過了最大允許長期連續(xù)運行電流時，必須對其進行限制，以防止長時間過電流導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組過熱損壞。

南瑞NES-5100型勵磁調(diào)節(jié)器的勵磁強勵限制動作原理如下：發(fā)電機勵磁裝置自動檢測發(fā)電機勵磁電流，當勵磁電流超過過電流反時限啟動值時，勵磁裝置根據(jù)勵磁電流的大小和時間進行熱量累計計算，當勵磁電纜熱容量超過設(shè)定值時，強勵限制動作，自動將發(fā)電機勵磁電流降低至長期運行允許值以下。

在《隱形同步發(fā)電機技術(shù)要求》（GB T7064-2008）中規(guī)定：發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場繞組應(yīng)具有下列規(guī)定的過電流的能力，時間從10s～120s，并要求在上述過電流工況下的轉(zhuǎn)子繞組溫度將超過額定負載的數(shù)值，電機結(jié)構(gòu)設(shè)計以每年過電流次數(shù)不超過2次為依據(jù)。

發(fā)變組保護轉(zhuǎn)子過負荷的表達函數(shù)：（） "= 33.75s

式中：

—勵磁電流，標幺值; —持續(xù)時間，單位為s。

典型的過流值與允許時間如表1：

南瑞電控NES-5100勵磁調(diào)節(jié)器的強勵限制與南瑞繼保RCS-985G的轉(zhuǎn)子過負荷保護配合關(guān)系曲線如圖3所示，其中勵磁系統(tǒng)強勵限制發(fā)熱常數(shù)C=30，強勵限制啟動值為1.05倍額定勵磁電流：

3 定子過電流限制與定子過負荷保護的配合

當發(fā)電機有功功率增加、滯相無功或進相無功增加時，發(fā)電機定子電流會相應(yīng)增大，為了避免發(fā)電機定子繞組因電流過大而產(chǎn)生熱量過多，損壞發(fā)電機定子繞組，有必要設(shè)立定子電流限制與保護功能。

南瑞NES-5100型勵磁調(diào)節(jié)器發(fā)電機定子過流限制的動作原理與強勵限制類似：勵磁裝置自動檢測發(fā)電機定子電流，當發(fā)電機定子電流超過過流反時限啟動值時，勵磁裝置依據(jù)定子電流的大小和過電流時間進行熱量累計計算，當熱容量超過發(fā)電機定子繞組允許的熱容量后，限制動作，勵磁系統(tǒng)自動減小勵磁電流，當發(fā)電機無功電流接近于0時，此時將閉鎖定子電流限制的輸出，即應(yīng)設(shè)定合適的無功死區(qū)。此時應(yīng)該減少有功負荷來降低定子電流。

在《隱形同步發(fā)電機技術(shù)要求》（GB T7064-2008）4.15條規(guī)定：額定容量在1200MVA及以下的電機，應(yīng)能承受1.5倍的額定定子電流歷時30s而無損傷，在上述過電流工況下的定子溫度將超過額定負載時的數(shù)值，電機機構(gòu)設(shè)計以每年過電流次數(shù)不超過2次為依據(jù)。

發(fā)變組保護定子過負荷的表達函數(shù)：（） "=37.5s

式中：

—定子過電流的標幺值; —持續(xù)時間，適用范圍10s～60s。

典型的過流值與允許時間如表2：

南瑞電控NES-5100勵磁調(diào)節(jié)器的定子過電流限制與南瑞繼保RCS-985G的定子過負荷保護配合關(guān)系遵循電流限制先于定子過負荷保護動作，配合曲線如圖4所示，其中勵磁系統(tǒng)定子過電流發(fā)熱常數(shù)C=33，定子過電流限制啟動值為1.05倍額定定子電流。

4 伏赫茲限制與過激磁保護的配合

發(fā)電機運行時，機端電壓和發(fā)電機頻率的比值有一個允許安全工作范圍，當電壓和頻率的比值超過安全范圍后，容易導(dǎo)致發(fā)電機及主變過激磁和繞組過熱的現(xiàn)象，因此當伏赫茲比值超出了安全范圍時，必須對發(fā)電機機端電壓的幅值進行限制，控制發(fā)電機機端電壓隨發(fā)電機頻率變化而變化，維持伏赫茲比值在允許的安全范圍之內(nèi)。

在國家能源局頒布的《大型汽輪發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)條件》（DL/T 843-2010）中6.5.11規(guī)定：自動電壓調(diào)節(jié)器的伏/赫茲限制特性應(yīng)于發(fā)電機及主變壓器的過激磁特性相匹配，應(yīng)具有定時限和反時限特性，發(fā)電機動態(tài)過程的勵磁調(diào)節(jié)應(yīng)不受電壓/頻率比率限制單元的影響。反時限特性宜采用非函數(shù)形式的多點表述方式，應(yīng)與過激磁保護的定時限和反時限特性配合，遵循伏赫茲限制先于過激磁保護的原則。

國電南瑞NES-5100勵磁調(diào)節(jié)器取1.06為伏赫茲比值的允許安全范圍，當伏赫茲比值超出1.06時，勵磁系統(tǒng)伏赫茲限制啟動，自動調(diào)低機端電壓。另外，發(fā)電機空載時，發(fā)電機頻率低于45Hz（可調(diào)）時，勵磁系統(tǒng)逆變滅磁。

南瑞繼保RCS-985G型保護裝置的過激磁倍數(shù)的表達公式如下：

= "= "=

其中：為運行電壓和頻率;

、為發(fā)電機額定電壓及頻率;

和分別為機端電壓和頻率的標幺值;

為磁通量及額定磁通量。

過激磁定時限報警段： = "= 1.1;

過激磁定時限跳閘段： = "= 1.3;

如圖5所示，反時限過激磁保護按照發(fā)電機和變壓器廠家提供的允許過激磁能力曲線，取8組過激磁倍數(shù)對應(yīng)分段式內(nèi)插法來設(shè)置反時限曲線。

1-廠家提供的發(fā)電或變壓器允許的過勵磁能力曲線;

2-反時限過勵磁保護動作整定曲線

5結(jié)束語

很多電廠進行發(fā)變組保護定值計算的時候，關(guān)于勵磁系統(tǒng)限制定值與發(fā)變組保護定值的配合容易被忽略，以至于勵磁系統(tǒng)一旦發(fā)生異常現(xiàn)象，導(dǎo)致發(fā)變組保護立即作出停機動作，造成系統(tǒng)震蕩，不利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

在發(fā)變組保護與勵磁系統(tǒng)限制的配合中應(yīng)遵循最大出力原則：即發(fā)電機具有一定的過載能力，在安全可控的范圍內(nèi)應(yīng)最大限度的利用發(fā)電機的過載能力以提升對系統(tǒng)的支撐水平，理想匹配原則，應(yīng)遵循“限制先動、保護后動”，盡量做到“機組過載運行—勵磁限制計算啟動—勵磁限制動作—限制失敗通道切換—保護一段告警—保護啟動計算—保護動作跳閘—設(shè)備安全運行邊界”這樣一個理想的匹配模式。

參考文獻

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