火力发电机励磁系统低励限制的协调控制方法

火力发电机励磁系统低励限制的协调控制方法

马承援

华能南通电厂 江苏省 南通市 226000

摘要：UEL参数整定不合理时，常常会干扰PSS的特性，从而给系统稳定造成不利影响。澳大利亚Mungarra电站机组曾因UEL与PSS协调配合不当出现机组有功功率，无功功率、电压等电气量持续振荡，我国部分电厂机组也出现过类似问题。针对UEL参数整定及其与PSS协调配合的问题已有大量研究，某文献指出UEL与PSS相比应具有更慢的响应特性，二者在过渡过程时间段上是可以相互独立的；某文献提出了整定UEL参数的算法。

关键词：协调控制；低励限制；失磁保护；配合

引言

发电机作为世界上最主要的发电设备，其发电量占世界总发电量的90%以上。由于电力设备及其系统的快速发展，对电能的需求量逐渐增加，与此同时需要处理与调节的电能也随之增加，发电机组的容量不断增大，这为电力系统的安全稳定运行带来巨大的挑战。在多电机同时运行的情况下，极易在电网内部出现振荡现象，若振荡处理不当就可能会导致电网长时间瘫痪，即区域大面积停电，给国民生活以及经济造成重大损失。提高电力系统安全性与稳定性的方法包括改善电网结构、减小电抗以及采用励磁控制等。其中采用电机励磁控制方法具有明显的应用优势，因此，被国家列为电力稳定运行管理工作中的基本措施。

1发电机励磁系统

发电机励磁系统用于为同步发电机励磁系统提供励磁电流、励磁电压，主要由励磁调节器和并联功率整流装置两部分组成：励磁调节器可根据电机端电压、电流实时反馈输入信号与给定值的偏差进行调节控制，并将调整值平均分配给各并联功率整流装置；并联功率整流装置则负责给发电机转子提供所需的励磁电流。

目前大型发电机组励磁系统通常采用自并励方式，自并励方式是在发电机出口通过励磁变压器直接将发电机的定子电压、定子电流的实时输出反馈给励磁调节器，通过调节并联整流装置导通角实现对发电机励磁电流的调节控制。其主要由以下部分构成：励磁变压器、励磁调节器、并联功率整流装置、灭磁及过电压保护装置、初励电源装置。

2原失磁保护的特点

(1)装置虽然考虑了强减的影响，但却是用发电机端过电压来闭锁的。从保护发电机过压的角度考虑，以额定机端电压为参考点是可以的，但为了防止误发报警信号，用额定机端电压的过压倍数做参考就不合适了。实际运行时，发电机并不全是工作在额定机端电压点，按额定机端过电压来闭锁，起不到闭锁的作用。

(2)装置选取励磁低电压判据的定值Ulcdydz=K·Ufd0(Ufd0为发电机空载励磁电压)和可靠系数K，并没有理论依据，而是居于传统励磁的经验。

(3)装置虽然引用了长延时来躲避各种可能的误报，但是其一，并未考虑可控硅三相全控整流桥的特点;其二，默认的延时初始值为0.1s;其三，怎么设置t6，没有定值，全凭经验和试验数据。

3低励限制值调整方法

3.1检查交流励磁装置磁场线圈。在

发电机接线箱内将三相励磁线圈端子处拆掉J、K这2条线，测量励磁线圈的电阻值。确定励磁线圈电阻值正常后，将J、K线端的2条线接回，再继续下一个励磁线圈的检查。若该阻值无标准，也可以通过相比较进行判断。

3.2励磁测试

将发电机原动机启动运转，在配电盘处测量保险丝F201有无电源440V，如果没有电压则进行励磁测试，测试可采用2条外接电线，一端接到DC24V(可采用电机启动控制箱的24V直流电源)正极，另一端接电机接线箱内接线排的P(+)、N(－)端，确保极性不能相反。供电测试大约3～5s，再次测量电压是否建立，若电压可建立至440V时，立即结束励磁测试。

3.3过电流保护定值时限设置差异

根据《牵引供电系统继电保护配置及整定计算技术导则》，安匠、兴隆西、星火、密云东4个变电所的低压启动过流保护定值时限阶差选为0.2s，可靠性系数为1.5，时限为0.7s；承德县北变电所的定值设置按时限阶差0.3s，可靠性系数为1.5，时限为1.0s。正常激磁条件下1.0s和0.7s励磁涌流数据见表5。可以看出，0.7s励磁涌流有效值约为1.0s励磁涌流有效值的1.13倍。

3.4低励限制值调整方法

1）方法1：通过调整励磁低励限制中UELMargin设定值，使低励限制特性与进相试验特性相配合，并留有一定裕度。

UELMargin值设置为0.175p.u.时（换算为有名值为0.175×667=116.7Mvar），11点特性曲线与进相试验值的无功差值绝对值，当有功功率300MW时为193.7Mvar，有功功率450MW时为201.2Mvar，有功功率600MW时为146.7Mvar。

取最大值201.2Mvar，乘以可靠系数1.05，有201.2×1.05=211.26Mvar，标幺值为211.26÷667=0.317。将UELMargin值设置为0.317p.u.后，低励限制特性与进相试验数据配合关系满足要求。

2）方法2：根据进相试验报告，通过改变低励限制参数性能曲线数据的11点有功、无功值满足要求。现场建议采用此方法。

UELMargin值设置为0.175p.u.不变，各有功功率下进相值按10%裕度考虑，改变性能曲线数据11点曲线值完成配合关系，90%进相无功值为低励限制值。

设置曲线无功功率有名值计算方法为各有功功率下90%进相无功功率值减去116.7Mvar（UELMargin值0.175p.u.换算为有名值为0.175×667=116.7Mvar）。

4励磁系统整流单元建模与仿真

4.1励磁系统整流单元的仿真模型

基于上述理论分析，搭建仿真电路，仿真参数设置如下：三相输入电压有效值Ua=Ub=Uc=100V，频率f=50Hz，三相电压初始相角度分别为0°、-120°、120°，负载电阻R=10Ω。功率模块的触发脉冲选择双脉冲触发，脉冲宽度设置为25°，两个脉冲的前沿相差60°。触发角度α分别设置为0°、30°、60°、90°。

4.2仿真结果及其分析

4.2.1有功功率恒定控制

在改进控制方法之后，通过仿真结果可以看出，改进的方法能够极大地减少有功功率的波动，波动的峰值降低为20.2kW。

4.2.2无功功率平衡控制

对控制方法改进之后系统的无功功率输出波形，从仿真结果中可以看出，无功功率的波动大幅度降低，相比于之前较大波动，系统的无功功率波动峰值降低为5.2kvar。

4.2.3三相电流平衡控制

为了保持电流的输出稳定，改进控制方法之后输出三相电流的幅值，可以看出三相电流输出稳定，电流的最大幅值为54A，最小电流为53.8A，输出达到平衡。

结语

励磁调节器低励限制定值的整定，需要结合发电机失磁保护及发电机进相运行工况综合考虑，使之合理匹配，防止异常工况下发电机失磁保护在励磁系统低励限制未动作之前动作导致机组停运，或者进相运行工况下在励磁系统低励限制未动作之前，由于发电机铁心温度升高及厂用系统电压降低等原因导致的机组停运。本文通过调整低励限制曲线，使励磁低励限制与发电机失磁保护配合满足要求，励磁低励限制先于进相试验进相深度动作，且发电机进相运行时未进入发电机失磁保护动作区。

参考文献

[1]王清明．300MW机组励磁低励限制引起功率异常波动分析[J]．热力发电，2009，38(12)：75-77．

[2]陈铁,舒乃秋.非线性励磁控制方法的研究[J].继电器，2005，33(19):28-30,35.

[3]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，2011，39(6)：55-60．