勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與發(fā)變組保護(hù)配合常見問題及整定

趙芳

【摘要】在整定計(jì)算中，為保證電源一次設(shè)備的能力、各種控制和保護(hù)功能以及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器各限制之間的協(xié)調(diào)和配合，核查發(fā)變組保護(hù)和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)、欠勵(lì)進(jìn)相失磁的限制器與保護(hù)功能配和的常見問題，論述實(shí)際應(yīng)用中的整定方案。

【關(guān)鍵詞】發(fā)變組保護(hù)；U5000勵(lì)磁系統(tǒng)；過勵(lì)限制；低勵(lì)限制；失磁

1.引言

大型發(fā)變組的繼電保護(hù)均配置轉(zhuǎn)子過負(fù)荷及失磁保護(hù)，這些保護(hù)動(dòng)作后作用于停機(jī)。自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）為防止勵(lì)磁系統(tǒng)不正常運(yùn)行方式造成不必要的停機(jī)，均帶有過勵(lì)、低勵(lì)限制的功能，在必要時(shí)先進(jìn)行限制或切換等工作。

在發(fā)電機(jī)、發(fā)變組保護(hù)與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器三者的性能配合現(xiàn)場(chǎng)整定中，現(xiàn)場(chǎng)容易出現(xiàn)的問題主要有：

a）整定值過于低限制了發(fā)電機(jī)的運(yùn)行能力；

b）整定值過高不能起到保護(hù)的作用；

c）三者之間的反時(shí)限特性不匹配等等。其中常見的主要體現(xiàn)在勵(lì)磁系統(tǒng)過勵(lì)限制與轉(zhuǎn)子過流保護(hù)、失磁與低勵(lì)限制兩方面的配合上。

2.概述

鄒縣發(fā)電廠3期#5、#6號(hào)機(jī)組均為東方電機(jī)廠生產(chǎn)的QFSN-600-2-22C型雙水內(nèi)冷汽輪發(fā)電機(jī)，發(fā)變組保護(hù)配置為南瑞公司RCS-985B微機(jī)發(fā)變組保護(hù)裝置，勵(lì)磁系統(tǒng)配置ABB公司U5000系列靜態(tài)自并勵(lì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整發(fā)變組保護(hù)定值與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)后，配合關(guān)系如下：

a）以發(fā)電機(jī)或變壓器制造廠提供的正常運(yùn)行極限作為限制器和保護(hù)整定的依據(jù)；

b）超過發(fā)電機(jī)或變壓器允許的正常工作狀態(tài)時(shí)首先進(jìn)行限制；

c）限制無(wú)效時(shí)，由AVR進(jìn)行通道切換，使其迅速恢復(fù)至正常狀態(tài)；

d）AVR切換無(wú)效時(shí)，在危及發(fā)電機(jī)或變壓器運(yùn)行安全時(shí)，由保護(hù)動(dòng)作于停機(jī)。

3.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)與調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制的配合

大型汽輪機(jī)運(yùn)行規(guī)程提出，不同的勵(lì)磁方式，發(fā)電機(jī)有相同的轉(zhuǎn)子繞組允許勵(lì)磁過電流特性，即：

鄒縣發(fā)電廠3期#5、#6號(hào)發(fā)電機(jī)廠家給定K值為33.75，發(fā)變組保護(hù)過負(fù)荷定值與調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制器定值見表1。

根據(jù)發(fā)電機(jī)實(shí)際允許發(fā)熱曲線和整定定值可列表并繪制曲線見表2、圖1。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)圖表，定值的配合與整定存在兩個(gè)問題。

在180%額定轉(zhuǎn)子電流之前，調(diào)節(jié)器限制功能動(dòng)作時(shí)間均高于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際過載能力，其限制特性不能有效保護(hù)發(fā)電機(jī)。

發(fā)變組保護(hù)的整定限制了發(fā)電機(jī)在特殊工況下的運(yùn)行能力。

基于以上兩點(diǎn)，需要對(duì)#5、#6機(jī)發(fā)變組保護(hù)及勵(lì)磁系統(tǒng)參數(shù)重新整定。

根據(jù)大型發(fā)變組繼電保護(hù)整定導(dǎo)則，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷能力曲線是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷限制器和保護(hù)器參數(shù)整定的基本依據(jù)，應(yīng)根據(jù)該曲線確定合適的控制和保護(hù)的定值。

但如果嚴(yán)格按照轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)反時(shí)限動(dòng)作特性進(jìn)行整定和計(jì)算工作，在異常和事故情況下將使發(fā)電機(jī)受到損傷。原因是轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作后，轉(zhuǎn)子繞組中的電流衰減到0還需要較長(zhǎng)的時(shí)間，在轉(zhuǎn)子繞組中的電流衰減過程中累積的發(fā)熱量必然導(dǎo)致發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受損。因此轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)定值應(yīng)小于轉(zhuǎn)子繞組允許的過熱特性，應(yīng)根據(jù)機(jī)組類型、勵(lì)磁系統(tǒng)類型、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制響應(yīng)特性、滅磁時(shí)間響應(yīng)特性等因素綜合研究確定級(jí)差可靠系數(shù)。

發(fā)電機(jī)過勵(lì)限制保護(hù)和限制器配合的準(zhǔn)則是：不能高于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷能力曲線，否則起不到保護(hù)發(fā)電機(jī)的作用；低于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷能力曲線的級(jí)差不能太大，否則將束縛發(fā)電機(jī)的能力。

根據(jù)以上要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)#5、#6號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器參數(shù)及發(fā)變組保護(hù)定值改動(dòng)見表3。

根據(jù)新的定值發(fā)電機(jī)實(shí)際允許發(fā)熱曲線和整定定值可列表并繪制曲線見圖2。

由數(shù)據(jù)表和曲線圖可知，修改調(diào)節(jié)器限制功能參數(shù)后，其限制能力與保護(hù)、發(fā)電子轉(zhuǎn)子過載能力能夠很好的配合，相互之間保證了應(yīng)有的級(jí)差，即未限制發(fā)電機(jī)的能力，也有效起到了保護(hù)的作用。

4.發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)與低勵(lì)限制的配合

鄒縣發(fā)電廠3期#5、#6號(hào)發(fā)電機(jī)參數(shù)為：視在功率為S=667MVA，Pn=600MW，Qn=290Mvar，COSφ=0.9，即φ=25.8°，In=17504A，CT變比25000/5=5000，PT變比22/0.1=220。

4.1調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制功能

一般制造廠應(yīng)提供各類溫升下的P-Q曲線并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)論證，低勵(lì)限制應(yīng)根據(jù)調(diào)度下發(fā)的允許發(fā)電機(jī)進(jìn)相深度整定。

調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制分為限制器和失勵(lì)保護(hù)兩部分，限制器動(dòng)作于調(diào)整勵(lì)磁，失勵(lì)保護(hù)一段延時(shí)5S動(dòng)作于切換通道、二段延時(shí)5S動(dòng)作于跳閘。

4.2發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)整定方案采用靜穩(wěn)極限阻抗圓加無(wú)功反向限制、變勵(lì)磁低電壓、系統(tǒng)低電壓構(gòu)成綜合判據(jù)，三段延時(shí)分別動(dòng)作于切換廠用電、減出力，程控停機(jī)。

4.3調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制功能失磁保護(hù)配合及驗(yàn)證

低勵(lì)限制應(yīng)在滿足發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的條件下先于失磁保護(hù)動(dòng)作，條件是上述兩者是基于靜態(tài)穩(wěn)定極限功率圓動(dòng)作原理的。為保證此動(dòng)作邏輯，應(yīng)在靜態(tài)試驗(yàn)時(shí)對(duì)低勵(lì)限制、失磁保護(hù)進(jìn)行在R-X坐標(biāo)上的動(dòng)作邊界進(jìn)行分析。

4.3.1發(fā)電機(jī)等有功圓

發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗，失磁前運(yùn)行在阻抗平面R-X坐標(biāo)第一象限，失磁后測(cè)量阻抗軌跡沿著等有功圓進(jìn)入第四象限。當(dāng)發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)：

當(dāng)發(fā)電機(jī)帶80%額定負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，等有功圓圓心、半徑為：

4.3.3低勵(lì)限制定值統(tǒng)一至阻抗平面比較

將低勵(lì)限制曲線轉(zhuǎn)換至阻抗平面：

式中，R、X分別為機(jī)端等效電阻和電抗。

根據(jù)公式將低勵(lì)限制統(tǒng)一至阻抗平面得出的數(shù)據(jù)與失勵(lì)保護(hù)統(tǒng)一至阻抗平面得出的數(shù)據(jù)，鄒縣發(fā)電廠3期#5、#6號(hào)機(jī)失磁保護(hù)、調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制配合關(guān)系可繪制如圖3。

4.3.2失磁保護(hù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一至功率平面比較

由上述計(jì)算可知，將低勵(lì)限制定值統(tǒng)一至阻抗平面與失磁保護(hù)比較，鄒縣發(fā)電廠3期#5、#6號(hào)機(jī)低勵(lì)限制功能在失磁保護(hù)動(dòng)作之前能起到應(yīng)有的限制作用?，F(xiàn)通過6號(hào)機(jī)失磁保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，將失磁保護(hù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一至功率平面比較。

將失磁保護(hù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至阻抗平面：

6號(hào)發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制曲線與失磁保護(hù)曲線配合圖如圖4。

5.結(jié)論

從上述定值計(jì)算分析及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的配合曲線及圖表可知，鄒縣發(fā)電廠3期#5、#6號(hào)機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的低勵(lì)限制器先動(dòng)作于調(diào)節(jié)勵(lì)磁，再由低勵(lì)保護(hù)一段延時(shí)動(dòng)作于切換通道，最后由低勵(lì)保護(hù)二段或發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作于機(jī)組解列，保護(hù)與調(diào)節(jié)器有良好的配合關(guān)系。