发变组保护与励磁限制参数的整定配合实例分析

发变组保护与励磁限制参数的整定配合实例分析

马光磊李伟霞沈海晨

(1.华能国际电力股份有限公司上安电厂石家庄050000；

2.中国核电工程有限公司河北分公司石家庄050000)

摘要：发电机的励磁限制功能和发变组保护功能是电力系统二次部分的重要环节，在进行继电保护及安全自动装置参数整定时，要考虑励磁限制参数与发变组保护定值的配合，使得发电机出现异常运行情况时，励磁先进行限制，限制失效后再保护动作，以避免不必要的停机。本文从三方面分析了励磁限制与发变组保护的配合关系，包括失磁保护与低励限制的配合，转子绕组过电流保护与过电流限制的配合，以及发变组过励磁保护与过励磁限制的配合，并有核算实例。

关键词：发变组保护；励磁系统；失磁保护；配合方案；

概述

在电力系统正常运行或事故情况下,发电机的励磁系统即励磁调节器(以下简称AVR)起着极为重要的作用。AVR通过调节、限制、切换等方法对励磁系统起到限制和保护的作用，主要包括：低励磁限制和保护、励磁过电流限制和保护、过励磁限制和保护等。其动作顺序是：先进行限制，使AVR恢复至正常工作状态；当限制器动作后AVR仍然不能恢复至正常工况工作时，再由AVR的保护延时动作，作用于将AVR由工作通道切换至备用通道或自动切至手动(或再经延时将AVR切至手动)；如仍然不能恢复至正常工况工作，最后由发电机继电保护作用于停机[1]。但是，部分电厂在进行发变组保护整定时，容易忽略与AVR的配合，一旦系统出现异常，发变组保护先于AVR的限制动作，导致机组停机。为避免不必要的停机，本文将从三方面分析发变组保护定值整定与励磁限制之间的配合关系[2][3]。

1失磁保护与励磁低励限制的配合

正常情况下励磁调节器工作于自动方式，当检测到发电机运行工况符合低励限制的条件时，励磁调节器动作，增大励磁电流，将发电机调整到允许的工况，如无法将发电机的运行工况拉回正常点，随着机组的进相深度越来越深，发电机失磁保护将动作，以防止发电机异常运行。因此，失磁保护要与励磁低励限制配合，低励限制应先于失磁保护动作。

在整定计算时，低励限制是在P-Q平面进行计算的，而阻抗型失磁保护是在R-X平面进行整定的。在整定和校核时，应将两者归算到同一平面上。

在R-X平面，设阻抗圆圆心坐标为(0，)，半径为，则失磁保护动作方程(圆内为动作区)为：

失磁保护阻抗动作方程映射至P-Q平面如图1所示，当选用静稳极限圆为动作方程时，动作区在圆外；当选用异步圆为动作方程时，动作区在圆内。

图1P-Q平面上的失磁保护动作圆

低励限制的作用是当励磁电流下降到限制值以下时增大励磁电流，使机组始终运行在静稳极限圆内。失磁保护是当发电机机端测量阻抗从等有功阻抗圆越过静稳极限阻抗圆或进入异步边界阻抗圆时，防止发电机异常运行。在P-Q平面上失磁保护阻抗圆应处在低励限制曲线的下方，且有一定的裕度。

P-Q平面上的校核曲线如图2所示：

图2失磁保护与低励限制校核曲线

失磁保护与低励限制的配合整定如下：

(1)在P-Q平面上计算发电机静稳圆坐标和半径，绘出曲线4。

(2)根据发电机实测的进相试验数据按一定裕度确定AVR低励限制曲线1。

(3)将低励限制曲线1向下平移一定值，即为AVR低励保护曲线2。

(4)曲线2与曲线4之间应有足够的安全裕度，以保证根据曲线4或曲线5整定的发电机失磁保护不会先于AVR动作。

配合算例1：

某发电厂发变组保护采用南瑞继保公司的RCS985保护装置，失磁保护采用异步阻抗圆，按DLT684-2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》整定：

PT变比为：22000/100；CT变比为：25000/5；

Xa=-(Xd’/2)*((Ue^2)/(Se*10^6)

=-((0.282)/(2))*((22000^2)/(692.091*10^6))=-0.098

Xa二次值=-0.098/(22000/100)*(25000/5)=-2.23Ω

Xb=-(Xd+(Xd’/2))*(Ue^2/(Se*10^6))

=-(1.962+(0.282/2))*((22000^2)/(692.091*10^6))=-1.471

Xb二次值=-1.471/(22000/100)*(25000/5)=-33.43Ω

对应失磁保护异步阻抗圆：

圆心：X0=(-33.43+2.23)/2-2.23=-17.83Ω；

半径：R0=(33.43-2.23)/2=15.6Ω。

按照发电机进相要求机端电压最低为0.95倍额定电压的要求，当机端电压为0.95倍额定电压时，根据公式1-5，映射到P-Q平面的动作圆：

圆心：Q0=-17.83*95^2/(17.83^2-15.6^2)=-2156(Var)；

半径：R0=95^2*15.6/(17.83^2-15.6^2)=1888(Var)。

即P-Q二次平面图中：

Q1=-2156+1888=-268Var,Q2=-(2149+1861)=-4044Var。

折算到P-Q一次平面图中：

Q1=-294.8MVar，Q2=4448Mvar。

将失磁异步阻抗圆和AVR低励限制设定值同时画在P-Q平面图上，如图3所示：

图3发变组异步阻抗圆与AVR低励限制P-Q曲线图

从图中可以看出低励限制的最大进相无功为-135MVar,而失磁异步圆的最小进相深度为-294.8MVar,低励限制线远在异步圆上面，说明低励限制先于失磁保护动作，经校核满足配合关系。

2转子绕组过电流保护与励磁过电流限制的配合

DL/T843-2010《大型汽轮发电机励磁系统技术条件》规定：自动电压调节器的过励限制单元应具有与发电机转子绕组发热特性匹配的反时限特性，在达到允许强励时间时限制励磁电流。所以，励磁系统过励限制器动作定值应小于转子过负荷保护定值,且转子过负荷保护定值小于发电机转子过负荷能力对应的数值,三者应留有适当的级差。对于电流反时限特性进行整定校核时，可取一系列工作点，在同一坐标图中绘制出各反时限曲线进行比较。

配合算例2：

某发电厂发电机组采用南瑞电控公司SAVR-2000励磁调节器，过励限制曲线如下：

T=(K12-K22)*t1/(K2-K22)(2-1)

K1最大强励倍数，K2最小强励倍数，t1最大强励时间为，K强励倍数，T为K倍强励倍数下强励时间。我厂励磁调节器根据当时订货协议的要求，最大强励倍数K1取1.8倍，最大强励时间t1取10秒，最小强励倍数取1.1倍。

发变组保护的转子过负荷保护功能的曲线如下：

T=C/(I2/I12-1)(2-2)

I1为转子回路基准电流，我厂取1.05倍额定电流，C为转子热容量，现场整定为30，T为对应转子电流I时的动作时间。

发电机转子过负荷自身允许曲线为如下：

T=33.75/(I2-1)(2-3)

根据以上公式得到相应电流倍数下的动作时间(单位：秒)如下：

当励磁电流倍数在1.2倍时，励磁限制时间超过发电机转子允许过电流时间，对于此种情况，利用机组的停机机会对励磁调节器软件升级，升级后励磁调节器过励限制曲线公式为T=22.4/(I2-1)，一定满足发电机转子允许过负荷曲线。

对于发电机转子过负荷保护，在1.4倍励磁电流时也超过发电机转子允许过电流时间，对此我厂将发电机转子过负荷保护保护基准电流值设置为额定电流，至此发变组保护中发电机转子过负荷保护T=30/(I2-1)，至此达到励磁调节器、发变组保护中转子保护、发电机转子允许过负荷保护三者实现匹配。

原配合曲线如图4所示，修改后配合曲线如图5所示。

3发变组过励磁保护与过励磁限制的配合

发电机正常运行时，发电机端电压与频率的比值有一个工作范围，当V/F超过安全范围时，容易引起发电机及变压器过激磁和过热现象，因此当V/F超过一定值时，励磁调节器必须限制发电机端电压的幅值，维持发电机正常运行。

实际应用中过励磁限制定值可根据发变组过激磁保护定值进行选取，一般V/F下限动作值比发变组保护过激磁保护启动值低1%。当励磁调节器检测到V/F超出伏赫兹限制下限动作值时，经过一定延时，伏赫兹限制动作，调节发电机端电压使V/F返回至伏赫兹限制下限动作值以下，并保留一定的安全裕度。另外，当发电机空载且频率低于45Hz时，励磁调节器将启动低周波保护功能，停止投励转为待励状态。

配合算例3：

发电机过励磁保护与过励磁限制设定点如下表：

图6发电机过励磁保护与过励磁限制的配合曲线图

4结论

综上所述,作为电力系统二次部分的两个重要组成部分,发变组保护与励磁限制功能是紧密关联的,在进行参数整定计算时,应充分考虑它们的配合关系，尽量选取原理相同的特性曲线，以确保配合曲线简单清晰，便于整定。本文从发电机低励、转子绕组过电流、发电机过励磁三个方面阐述了发变组保护与励磁限制的配合问题，并通过具体算例进行了分析和计算，希望能够对继电保护人员在进行定值整定时有所帮助。

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.北京:中国电力出版社,2005.

[2]王慧敏.发变组保护与励磁调节器的配合整定.电工技术.2014,06

[3]王宁.发电机变压器组保护与自并励励磁系统的技术配合整定分析.河北电力技术.2013,S1

作者简介

马光磊(1983.1-)，男，河北石家庄人，华北电力大学电力系统及其自动化硕士，单位：华能国际电力股份有限公司上安电厂，研究方向：继电保护，