600MW汽轮发电机组网源协调参数校核方法

600MW汽轮发电机组网源协调参数校核方法

王孝晨

国家能源集团永州发电有限公司， 湖南 永州，425000

摘要：本文将结合工程实践中累积的经验，探讨涉网保护配置目的，总结600MW发电机组网源协调参数校核方法。

关键词：涉网保护；参数校核；网源协调

陕西国华锦界电厂1-4号发电机采用上海汽轮发电机有限公司生产的QFSN-600-2型600MW汽轮发电机。发变组保护采用国电南自DGT801保护装置。励磁系统为ABB UNITROL 5000静态励磁系统。励磁方式采用机端自并励。发电机出口电压20kV，通过主变升压至500kV并入系统。由接在机端的高厂变、公用变提供高压厂用系统工作电源。由35kV系统经启备变提供高压厂用系统备用电源。高压厂用系统电压等级为10kV，每台机组设10kV工作A、B两段，每两台机组设10kV公用A、B两段，为高压电动机及各低压厂用变提供电源。发电机组配有失磁保护、过激磁保护、定子过电压保护、定子过负荷保护、转子过负荷保护等涉网保护。励磁系统配有转子电流限制、定子电流限制、V/HZ限制、过电压限制、低励限制等涉网保护。

1、600MW汽轮发电机组网源协调参数校核的意义

网源协调参数核查工作的开展，对发电机乃至电网的安全稳定运行都有着不可忽视的重要意义。网源协调是指对同步发电机励磁系统、电力系统稳定器、调速系统、继电保护、AGC/AVC 以及其他厂用涉网设备的功能、性能、参数和试验的管理工作。在针对励磁系统的网源协调工作范畴中，励磁限制与发变组保护的配合是其中的重中之重，在保证发电机本体安全运行的基础上，最大限度的提升机组对系统的支撑能力。         

理想匹配原则：应遵循“限制先动、保护后动”的原则，尽量做到“机组过载运行—— 励磁限制计算启动——励磁限制动作——限制失败通道切换——保护一段告警——保护启动计算——保护动作跳闸——设备安全运行边界”这样一个理想的匹配模式。

2、600MW汽轮发电机组网源协调参数校核方法

2.1励磁转子电流限制器与发电机转子过负荷保护的配合：

《GB14285-2006继电保护技术规程》中第4.2.10中有如下说明：300MW及以上的发电机其励磁绕组过负荷保护可由定时限和反时限两部分组成。定时限部分：动作电流按正常运行最大励磁电流下能可靠返回的条件整定，带时限动作于信号和降低励磁电流。反时限部分：动作特性按发电机励磁绕组的过负荷能力确定，并动作于解列灭磁或程序跳闸。保护应能反应电流变化时励磁绕组的热积累过程。

2.1.1励磁转子电流限制器反时限公式如下：

图1 励磁转子电流限制器反时限公式

其中：Ie_max=2 ; T_max=10。

2.1.2发电机转子过负荷保护反时限公式如下：

图2 发电机转子过负荷保护反时限公式

其中：C为发热常数取34；Ifd/Ijz为励磁电流倍数。

表1：AVR过励限制器与发电机转子过负荷保护配合参数

结论：AVR过励限制器先于发电机转子过负荷保护动作！

2.2励磁定子电流限制器与发电机定子过负荷保护的配合：

《GB/T7064-2008隐极同步发电机技术要求》对汽轮发电机定子绕组过电流能力有如下要求：额定容量在1200MVA及以下的电机，应能承受1.5倍的额定定子电流历时30s而无损伤。1）为了避免发电机定子绕组因电流过大发热过多，有必要设立定子电流限制与保护功能；2）为了更好的利用发电机转子绕组过负荷能力，需要合理的整定定子电流限制与定子过电流保护值，以确保在安全可控的前提下尽可能的发挥出发电机定子绕组短时过载能力，提升对系统的支撑能力。3）要想做到安全、可控，定子电流限制与定子过负荷保护就要进行有效的配合，遵循“限制先动、保护后动”这样的一个基本原则。

2.21发电机定子过负荷保护反时限公式如下：

图3 发电机定子过负荷保护反时限公式

其中：K1为热值系数取37.5；K2为散热系数取1.05；I*为定子电流倍数。

表2：励磁限制器定子过流与定子过负荷保护配合参数

结论：AVR定子过电流限制器先于发电机定子过负荷保护动作！

2.3励磁V/HZ限制器与发电机过激磁保护的配合：

过激磁常出现在机组未与系统并列的工况下，如突然甩负荷、原动机转速由于某种原因（调速器故障、汽门关闭等）降低、机组开机过程中在转速未达到额定之前（预热）就投励磁建压至额定等工况。为了避免这种情况，要设置V/F限制与过激磁保护。

过激磁的限制与保护目前大都设置定时限和反时限。

1）对于定时限部分，一般设置两段定值，分为低定值段和高定值段（过激磁保护也有设置三段，定时限1为发信或者减磁，定时限2长延时，定时限3为速断延时），其中低定值段以躲过系统正常运行的最大过励倍数为原则来进行整定（一般是1.05~1.1），高定值段则作用于解裂或出口跳闸；

2）对于反时限部分，则是根据不同的过激磁倍数来确定其能够持续运行的时间，当达到该限定时间时动作（励磁可作用于减磁、切换等，保护可作用于减磁、解裂、跳闸等）。

2.3.1励磁V/HZ限制器：1911=107%（V/HZ限制器启动值）;

图4 励磁V/HZ限制器原理图

2.3.2发电机过激磁保护：启动值u/fs=108%，动作时间t11=5秒。

结论：AVR V/HZ限制器先于发电机过激磁保护动作！

2.4励磁过电压限制器与发电机过电压保护的配合：

2.4.1励磁电压限制器：1913=121%（定子电压限制启动值）;

图5 励磁过电压限制器原理图

2.4.2发电机过电压保护：动作电压Ug1=130V；动作延时t11=0.5S。

结论：AVR励磁过电压限制器先于发电机过电压保护动作！

2.5励磁低励限制器与发电机失磁保护的配合：

运行中的发电机组，由于某种异常的突发状况（励磁系统故障，转子回路发生短路、转子回路灭磁开关误跳等），导致励磁电流急剧降低，发电机感应电势Ed降低，电磁转矩小于原动机转矩，转子加速，功角变大，当功角大于静稳极限功角时，发电机失稳，转入异步运

行。在这个过程中，会伴随一系列的现象：机组从系统中吸收大量无功、励磁电压急剧降低、机端电压也会相应降低，等等。为了避免上述工况的出现，设置低励限制（励磁）与失磁保护（发变组）。

2.5.1励磁低励限制器：

图6 励磁低励限制器原理图

励磁调节器参数：1501=-30.0 %；  1502=-25.0 %；  1503=-20.0 %；

1504=-15.0 %；  1505=-15.0 % ；

表3：励磁低励限制参数

2.5.2发电机失磁保护（阻抗原理）定值：

XA=-2.3 ；XB=-32.6；

圆心：Xc=(XB+XA)/2=(-32.6-2.3)/2=-17.4Ω；

半径：Xr=(|XB|-|XA|)/2=(|-32.6|-|2.3|)/2=15.1Ω；

在机端电压在0.95时，阻抗圆按公式1映射到P/Q平面：

公式1：

圆心：   

半径：

Q1=2100.8+1823.1=-277.7var

Q2=-2100.8-1823.1=-3923.9var

机端PT变比为200，CT变比为5000                

折算到P-Q一次值平面图中：

Q1’=Q1*200*5000/1000000=-277.7MVar

Q2’=Q2*200*5000/1000000=-3923.9MVar

结论：AVR低励限制器先于发电机失磁保护动作！

图7 励磁低励限制曲线P-Q图

3、结语

网源协调参数核查工作的开展，对发电机乃至电网的安全稳定运行都有着不可忽视的重要意义。在针对励磁系统的网源协调工作范畴中，励磁限制与发变组保护的配合是其中的重中之重，在保证发电机本体安全运行的基础上，最大限度的提升机组对系统的支撑能力。通过对以上网源协调参数校核方法的讲解，让我们更深刻地认识到网源协调的重要性，从而确保机组和电网安全稳定运行。

参考文献

【1】DLT 1309-2013大型发电机组涉网保护技术规范.

【2】ABB UNITROL 5000静态励磁系统软件图.

【3】DGT801系列技术说明书.

【4】陕西国华锦界能源有限责任公司1号发电机变压器组保护定值单20171001-LHJ.