发电机励磁限制与发电机保护配合研究综述

发电机励磁限制与发电机保护配合研究综述

于立勇

于立勇

辽宁调兵山煤矸石发电有限责任公司辽宁省112700

摘要：为了保障发电机的正常运行，就必须进行发电机的励磁限制。本文简要介绍了发电机励磁限制，并对发电机励磁限制与发电机保护配合的要求和思路进行了简要的分析，希望能够提高电力系统和发电机运行的可靠性，减少由于误强励或者误失磁而造成的发电机故障，提高我国电力系统运行的整体稳定性。

关键词：发电机；励磁限制；保护配合

1.发电机的励磁限制和发电机的保护配合

在电力系统发展的过程中，发电机的单机容量不断提高，电网也会受到发电机计划外解列的冲击，发电机过负荷裕度也在不断缩小，这也说明大型发电机承受过负荷的能力越来越小，这就对发电机保护设备提出更高要求，避免电网故障而造成发电机的连锁解列，使电网故障进一步加剧，甚至引起大规模停电而造成巨大的经济损失。

微机保护方式是现代大型发电机组常用的保护设备，其不仅能够应对发电机的绕组接地、匝间短路、端部短路等常规故障，而且还具有过电压保护、过激磁保护、定子过过电流保护、转子过电流保护、失磁失步保护等功能。其中除失磁失步与发电机低励磁相关，其余则与发电机过励磁相关。有两种原因会造成发电机过励磁：第一，由于区外故障而造成励磁系统输出了强励电流，导致励磁电流不能在保护动作之前降低。第二，励磁系统输出了误强励磁电流。在发电机的运行过程中，有两种原因会造成励磁系统，发出强力电流或者错误的中断电流：第一，励磁调节器的程序功能不完善，或者具有设计缺陷在发生程序中没有设计的工况下，励磁调节器发生误调节，致使发电机误失磁或误强励事故发生。第二，励磁主设备出现故障。其中第一个原因是主要原因，因此要避免发电机由于或误强励或者误失磁而出现的误解列故障，就必须励磁调节软件进行科学的设计。要保障发电机能够在保护功能动作解列之前回复到正常的运行工况，就必须设计一定的励磁限制功能。发电机组的励磁调节器具备的限制功能包括发电机空载误强励保护、发电机过激磁限制、发电机定子过电流限制、发电机转子过电流限制、发电机低励失磁限制等等，必须具备以下几个方面的要求才能达到发电机励磁限制发电机保护之间的密切配合。第一，要配备相同种类的限制和保护配置；第二，励磁限制的范围必须在保护动作的范围之内；第三，保护动作和限制动作必须具备相同的机理。

2.发电机励磁限制和发电机保护配合的具体要求和方法

2.1发电机阻抗失磁保护和发电机进相低励限制之间的配合

以电力行业最新的励磁标准为依据，发电机的端部和静稳极限的发热决定了欠励限制范围，这就需要进行实地进行试验来对该范围进行明确。与此同时，还要对发电机端电压的变化和定限制范围计进行规定。只有保障发电机的失磁保护和励磁限制具有相同的判据，才能使发电机低励限制限制和发电机失磁保护能够做到密切的配合。当前普遍使用励磁功率判断作为励磁限制的判据，发电机的静稳特性是发电机低励磁限制动作和失磁保护的唯一前提，但是由于励磁产品在设计时没有依照静稳特性的方法，因此才会产生差异。要保障发电机的静态稳定特性的唯一条件就是使系统电压和发电机内电势之间具有90度的功率角。要实现与发电机失磁保护和励磁低励限制之间的紧密配合，只需使用具有阻抗特性的低励限制动作特性，并预留一定的裕度。对于实际的励磁产品，应该实行后备低励磁限制，从而增加其可靠性[1]。

2.2发电机转子过负荷保护与发电机转子过流限制之间的配合

在电力行业的励磁标准中对于发电机转子的过电流限制功能具有比较明确的规定，发电机的磁场过电流要具备反时限的特性，也就是允许的发热量已经达到之后，就要在额定值的附近控制励磁电流。在实际运行中，发电机可能会出现比较复杂的工况，并非转子电流越限之后就一定会解列，从而出现多次的强励运行工况，此时就要对允许的运行时间进行计算。反时限过负荷保护和定时限过负荷保护是发电子转子过负荷保护的两个方面，发电机的转子绕组在散热的过程中会发生电流的突变，但不会突破物理温度。如果具有较大的散热效应，那么温度就会持续的下降。

按照相应的标准，如果顶值电流的倍数小于顶值电压的倍数，就必须在励磁系统中设置顶值电流瞬时限制功能，这样能够保护和配合发电机的转子电流定时限，而且一旦发生匝间短路和转子滑环，也不会使励磁系统输出破坏性电流而损坏励磁功率系统或者发电机转子[2]。

2.3发电机定子过负荷保护和发电机定子过流限制的配合

尽管在当前的电力行业励磁标准中，并没有具体规定发电机定子的过流限制功能，然而发电机的保护设备中都应该配备相应的过负荷保护功能。在设计发电机定制过流限制的模型时可以以标准GB/T7064规定为基准，具体情况见表1。发电机定子过负荷保护而造成的解列事故屡见不鲜，严重影响了电网的安全运行。这正是由于没有按照规定配备相应的电子过电流限制功能而造成的。这是由于我国的电力行业历史标准中没有具体的规定，导致很多发电机的保护设备中没有配备相应的定子过负荷保护功能。

表1发电机定子过电流耐受力的具体规定

电流倍数115%150%180%200%

持续时间113秒30秒16.74秒12.5秒

当电子过流与发电机转子过流的现值模型不一致时，就有两种电子过流的情况。如果发电机滞相运行，其无功功率大于零，那么励磁电流过小是导致电子过电流的主要原因。在采取限制动作之后，还要将励磁电流的增加信息发出去。与此同时还要认识到励磁调节只能调整定子电流中的无功分量，而不能调整有功分量。因此如果无功分量的比例过小，一旦电子过流限制启动，反而会使发电机的运行工况出现较大的波动。这就需要在满足其限制启动的前提条件下来设计电子过流的限制功能[3]。

2.4发电机过激磁保护和发电机V/F过激磁限制

根据电力行业励磁标准的相关规定，发电机和主变压器的过激磁特性和自动电压调节器的伏/赫兹限制特性必须能够匹配，因此自动电压调节器就必须具备反时限特性和定时限特性。避免电压/频率比率限制单元，对发电机动态过程中的励磁调节造成干扰。

规定中强调主变压器的过激磁特性限制特性必须能够匹配发电组的过激磁保护的动作特性，具备反时限特性和定时限特性，因此过激磁保护特性和过激磁限制特性也应该相互匹配，在全范围中具有相互匹配的动作特性。在进行发电机励磁动态调节时不能造成V/F过激磁限制被触发，也就是在动作低值的阶段还应该准备一定的延时时间，避免其过早过快的开始动作，从而对发电机的短时强力功能造成影响。反时限特性非常重要，在发变组中应该使用非函数形式的反时限，这是由于过激磁保护特性也是非函数形式的。按照要求匹配的励磁保护动作和限制特性见图1。

图1按照要求匹配的励磁保护动作和限制特性

3.结语

本文对发电机励磁限制与发电机保护之间的配合进行了简要的分析，当前的微型控制计算机的水平，完全有能力实现二者之间的配合，从而提高发电机以及电力系统的运行稳定性。

参考文献：

[1]冯岩.发电机失磁故障典型判据分析[J].佳木斯大学学报（自然科学版）.2010（01）

[2]王青，刘肇旭，孙华东，等.发电机低励限制功能的设置原则[J].电力系统保护与控制.2011（06）

[3]裘愉涛，陈水耀，陈俊，等.一种基于阻抗特性的发电机低励限制方法[J].电力系统保护与控制.2012（05）