励磁系统限制器与发变组保护定值配合整定分析

励磁系统限制器与发变组保护定值配合整定分析

张冰冰 蒋佳杰 吉俊杰

华东宜兴抽水蓄能有限公司，江苏省宜兴市 ,邮编 :214205

[摘 要] 励磁系统限制器与发变组保护定值的配合问题在现场应用时，有时容易忽略，致使励磁系统发生异常现象，发变组保护立即作出停机动作。为了避免这样现象的发生，有效的将励磁系统限制器与发变组保护定值实施配合至关重要。文章主要分析了励磁系统与发变组保护配合原则，及励磁系统限制器与发变组保护定值配合事例。

[关键词] 发变组保护；励磁系统限制；配合整定；

0 引言

发变组保护和励磁系统在电站中为两个关键的自动控制系统。假如这两个重要系统出现故障，不仅仅会损害机组本身，同时还会严重影响电网正常工作。为切实加强并网机组安全管理，提升网源协调运行水平，需重点核查励磁系统过励限制于保护的配合关系。大多数电厂进行发变组保护计算时，关于励磁系统限制器与发变组保护定值的配合非常容易忽略，致使励磁系统一旦发生异常现象，发变组保护立即作出停机动作,为机组的安全稳定运行埋下隐患。

1 励磁限制与涉网保护协调配合校核原理

发电机组励磁限制与涉网保护的协调配合主要包括低励限制与失磁保护之间的协调配合 ，过励限制与转子过负荷保护之间的协调配合 ，V／ Hz限制与过激磁保护之间的协调配合，定子电流限制器与定子过负荷保护配合等关系。本章节分析这些涉网保护与限制配合关系的校核原理 。

1.1 低励限制和失磁保护的协调配合

低励限制检测到机组励磁水平降低动作值时，即产生控制作用增大励磁使机组运行点回到运行范围 ，提高机组和系统的安全稳定性。低励限制线的设置通常依据发电机组进相试验的结果，在功率坐标系中进行整定，同时注意不能束缚发电机组的进相运行能力。失磁保护是在发电机励磁突然消失或部分失磁时，采取减出力、灭磁解列或跳闸等方式确保机组本身安全。失磁保护的动作依据是发电机的热稳定性和静态稳定极限等条件 ，通常在阻抗坐标系中整定。发电机组低励限制应与失磁保护协调配合，在任何扰动下的低励限制 灵敏度应高于失磁保护，先于失磁保护动作。为了正确校核低励限制与失磁保护的整定配合关系 ，需要进行功率平面和阻抗平面之间的转换 ，例如将失磁保护动作曲线转换至功率平面 ，以便与低励限制拟合曲线比对。如果在阻抗平面上低励限制拟合曲线上任一点均在失磁保护动作圆之外 ，或者在功率平面上低励限制拟合曲线任一点均在失磁保护动作圆对应第四象限的那段弧上，则表明两者配合关系合理；否则配合存在问题。下面具体事例：

失磁保护异步圆校核阻抗圆映射至P-Q平面（异步圆、进相能力、低励限制在P-Q平面的映射）

某厂发电机机组保护采用ABB REG216型号保护设备，失磁保护采用的发电机中性点CT与机端PT。ABB REG216装置失磁保护由阻抗保护功能模块构成，特性为XB、XA为上下端点的圆。为安全起见，取异步边界阻抗圆特性。

图1：失磁保护异步阻抗圆

式中： ：发电机暂态电抗标幺值，取不饱和值，0.2593。

式中： ：发电机交轴同步电抗标幺值。

半径：

圆心：

在机端电压为0.95时，阻抗圆映射到P-Q平面

圆心:

半径:

在机端电压为0.9时，阻抗圆映射到P-Q平面

圆心:

半径:

图2：失磁保护与励磁低励限制配合

通过图形可以看出低励限制曲线、低励保护和进相曲线均在失磁保护异步圆外无交叉，发电机励磁降低后，低励限制先于低励保护和失磁保护动作，满足相关配合要求。

1.2 过励限制和转子过负荷保护的协调配合

正确的励磁系统过励限制和过励保护可以在保证机组安全运行的前提下最大限度地发挥机组的作用，从而提高电网的稳定裕度 ；发电机转子过负荷保护特性则与机组转子过电流特性一致。正常情况下，过励限制和发电机转子过负荷保护之间应留有级差。由于过励限制、过励保护和转子过负荷保护的定值参数均根据转子热效应整定，因此，可在时域平面上拟合这些限制和保护的动作特性曲线，并判别转子过负荷保护曲线上任一点是否均位于过励保护曲线之上，过励保护曲线上任一点是否均位于过励限制曲线之上。换言之 ，过励限制应先于过励保护动作，过励保护应先于转子过负荷保护动作。下面具体事例：

励磁绕组过负荷保护与转子过励限制配合整定校核

发变组保护中励磁绕组过负荷定值：

定时限定值： ，0.5s，全停

反时限定值：

动作判据为：

式中曲线：IEC Ext.inv； ； ； ； =1.1Ie

反时限上限延时：0.8s

励磁调节器过励限制定值（某厂发电机励磁系统采用ABB Unitrol5000型号励磁设备）：

902：START IE MONITOR 励磁电流监视器动作值：5.00%

903：DLY IE MONITORING 励磁电流监视器启动延时：2.0s

1301：REF1 IETH 最大连续励磁电流1：110.00%

1302：REF2 IETH 最大连续励磁电流2：110.00%

1303：REF1 IEMAX 顶值励磁电流1：200.00%

1304：REF2 IEMAX 顶值励磁电流2：110.00%

1305：TIME IEMAX SEL 强励时间：20.0s

1306：TC IERED MAX-TH 励磁电流从顶值到最大连续运行值的时间常数：1.00s

保护动作方程：

式中： ：强励电流； ：最大连续励磁电流； ：实际励磁电流； ：强励时间。

表1 转子过励限制定值和转子过负荷反时限定值配合表

生成折线图：

图3：转子过励限制定值和转子过负荷反时限配合图

通过结果分析得出：

1、励磁调节器过励限制定值、过励限制保护定值和发电机励磁绕组过负荷定值均能满足发电机转子绕组过负荷要求，均满足励磁系统顶值的电流应不超过2倍额定励磁电流，允许持续时间应不小于20s的要求。

2、过励限制器动作时间先于过励限制保护时间先于转子过负荷反时限保护动作时间；过励保护时间满足与转子过负荷反时限时间配合要求。

2.3 V／Hz 限制和过激磁保护的协调配合

V／Hz 限制通过自动装置限制铁芯磁通继续增加，过激磁保护通过切机操作阻止过激磁现象继续恶化。V／Hz限制与过激磁保护根据磁通密度限制发电机过激磁运行 ，两者定值参数对应同一时域平面。故可在时域平面拟合V／Hz 限制和过激磁保护动作特限曲线。 V／Hz限制应与过激磁保护协调配合，V／Hz 限制的灵敏度应高于失磁保护，V／ Hz 其先于过激磁保护动作，即在时域平面上过激 磁保护曲线应在 V／ Hz 限制动作特性曲线之上。下面具体事例：

过激磁保护与过激励V/F限制配合整定校核

发变组保护定值

定时限定值：定时限I段：1.05倍，10s，发信

定时限II段：1.2倍，1s，停机

表1 过激磁保护反时限定值表：

励磁调节器定值

励磁调节器V/F限制定值：

912：START V/HZ MON 过激磁监视动作值：5.00%

913：DLY V/HZ MONITOR 过激磁监视启动延时：2.0s

1911：REF V/Hz LIM AVR AVR V/Hz限制线斜率：105.00%

1912：REF UMAX fNOM AVR AVR V/Hz限制线基点(对应额定频率)：105.00%

1913：REF UMAX AVR AVR最大电压参考值：105.00%

1914：DELAY V/Hz LIM A AVR V/Hz限制延时：0s

校核定值配合关系

1、励磁系统V/F限制值由参数1911整定，即1.05倍，限制延时由1914整定，即0s；V/F保护动作值是在越过限制值5%（参数号912）后，延时2s（参数号913）动作。

2、发电机过激磁定时限1.05倍，10s，发信；反时限起动倍数1.1倍，24s动作。

由此可见励磁调节器的V/F限制和保护均会先于发电机过激磁保护动作，满足配合要求。

3 结束语

本文探讨了发电机组涉网保护与限制之间协调配合关系的原则，并结合事例进行详细图标分析，可为发电机组涉网保护与限制的整定和优化提供参考。

参考文献

[1] 高春如，大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M].北京，中国电力出版社，2005

[2] 郭春平 ，殷修涛. 发电机低励限制与失磁保护的配合整定计算，中国电机工程学报[J] ,2012 32（28）

蒋佳杰：男， 大学本科，工程师，电气工程，长期从事电气一次运维检修等工作。

吉俊杰：男， 大学本科，工程师，从事电站运行管理工作。