水輪發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合研究與試驗(yàn)

劉喜泉，謝燕軍，陳小明，畢欣穎，封孝松（. 溪洛渡水力發(fā)電廠，云南 永善 657300；. 國(guó)電南瑞科技股份有限公司，南京 06）

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水輪發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合研究與試驗(yàn)

劉喜泉1，謝燕軍2，陳小明1，畢欣穎1，封孝松1
（1. 溪洛渡水力發(fā)電廠，云南 永善 657300；2. 國(guó)電南瑞科技股份有限公司，南京 211106）

[摘要]本文以溪洛渡電站為例，從理論上分析了水輪發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定值的配合情況，得出低勵(lì)限制先于失磁保護(hù)動(dòng)作，并通過發(fā)電機(jī)的進(jìn)相試驗(yàn)也進(jìn)一步驗(yàn)證了發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制先于失磁保護(hù)動(dòng)作。這充分證明了發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合的正確性。

[關(guān)鍵詞]水輪發(fā)電機(jī)；低勵(lì)限制；失磁保護(hù)；整定配合

0　引言

勵(lì)磁系統(tǒng)的低勵(lì)限制與發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)的配合關(guān)系是否正確，尤為重要，同時(shí)也是網(wǎng)源協(xié)調(diào)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。低勵(lì)限制又稱為P/Q限制或欠勵(lì)限制，低勵(lì)限制動(dòng)作方程采用P-Q坐標(biāo)平面進(jìn)行描述，而失磁保護(hù)阻抗圓動(dòng)作方程采用R-X阻抗坐標(biāo)平面描述，低勵(lì)限制與失磁保護(hù)間無法直觀地比較兩者之間的配合關(guān)系。依據(jù)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[1]，低勵(lì)限制要先于失磁保護(hù)動(dòng)作，但標(biāo)準(zhǔn)中沒有給出二者之間的配合方法。因此本文以溪洛渡電站低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定值間的配合關(guān)系為例，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)的低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合進(jìn)行了研究與試驗(yàn)。溪洛渡電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣接壤的金沙江峽谷河段。左、右岸地下電站各裝設(shè)9臺(tái)最大功率為770MW的水輪發(fā)電機(jī)組，最大總裝機(jī)容量13860MW，年發(fā)電量571.2～640.6億千瓦時(shí)。溪洛渡電站作為我國(guó)第二大水電站，世界第三大水電站。

1　低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合分析

1.1低勵(lì)限制與失磁保護(hù)的整定

勵(lì)磁低勵(lì)限制整定為：在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，通過設(shè)定P-Q低勵(lì)限制值，使發(fā)電機(jī)運(yùn)行在P-Q曲線安全范圍內(nèi)[1]，低勵(lì)限制如圖1所示。

失磁保護(hù)的主要判據(jù)有如下三項(xiàng)[2]：

（1）定子低電壓判據(jù)：一般取母線三相電壓或發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓。TV斷線時(shí)閉鎖本判據(jù)。

（2）定子側(cè)阻抗判據(jù)：阻抗特性：可為異步邊界阻抗圓特性或靜穩(wěn)極限阻抗圓特性。阻抗電壓取發(fā)電機(jī)機(jī)端正序電壓，電流量取發(fā)電機(jī)機(jī)端正序電流。靜穩(wěn)極限阻抗圓特性判據(jù)：由輸入系統(tǒng)的有功、無功和靜穩(wěn)極限邊界條件求出機(jī)端測(cè)量阻抗，它的變化軌跡就是靜穩(wěn)極限阻抗圓；根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)端正序電壓和機(jī)端正序電流計(jì)算機(jī)端阻抗，當(dāng)阻抗進(jìn)入靜穩(wěn)極限阻抗圓，失磁保護(hù)動(dòng)作。

（3）轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)：轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變電壓判據(jù)。

溪洛渡左、右岸電站均是9臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，單臺(tái)機(jī)組失磁很難導(dǎo)致并聯(lián)母線電壓降低，但會(huì)導(dǎo)致故障機(jī)組機(jī)端電壓降低，因此溪洛渡電站失磁保護(hù)定子側(cè)低電壓判據(jù)采用發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓判據(jù)。其中定子低電壓判據(jù)整定值為0.85p.u.，而勵(lì)磁運(yùn)行最低電壓值整定為0.9p.u.，失磁保護(hù)定子低電壓判據(jù)與勵(lì)磁運(yùn)行低電壓非常便于比較。

失磁阻抗整定圓的選擇取決于發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)聯(lián)系的緊密程度，異步邊界阻抗圓動(dòng)作判據(jù)主要用于與系統(tǒng)聯(lián)系緊密的發(fā)電機(jī)，廣泛被國(guó)內(nèi)外應(yīng)用于位于負(fù)荷中心、單機(jī)容量不大的發(fā)電廠；而靜穩(wěn)極限阻抗圓主要用于與系統(tǒng)聯(lián)系不緊密的發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電廠遠(yuǎn)離負(fù)荷中心且單機(jī)容量較大時(shí)宜采用靜穩(wěn)阻抗圓[2, 3]。

水電站一般與系統(tǒng)聯(lián)系比較薄弱，水輪發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)宜選用靜穩(wěn)阻抗圓。為了躲開發(fā)電機(jī)出口經(jīng)過渡電阻的相間短路，以及躲開發(fā)電機(jī)正常進(jìn)相運(yùn)行，增加無功反向輔助判據(jù)[4]。因此，溪洛渡電站失磁保護(hù)定子側(cè)阻抗判據(jù)為靜穩(wěn)阻抗圓加無功反向判據(jù)相結(jié)合，如圖2所示。因水輪發(fā)電機(jī)（包括大型汽輪發(fā)電機(jī)）的Xd≠Xq，靜穩(wěn)極限阻抗曲線由R-X平面向P-Q平面轉(zhuǎn)化較為復(fù)雜，本文重點(diǎn)分析將低勵(lì)限制整定值由P-Q平面向R-X平面轉(zhuǎn)化。

圖1　勵(lì)磁運(yùn)行低勵(lì)限制示意圖

1.2低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合

低勵(lì)限制整定值從P-Q平面向R-X平面的映射：發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗[5, 6]可表達(dá)為：

式中：U為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓；P為發(fā)電機(jī)有功功率；Q為發(fā)電機(jī)無功功率。

由此可得：

式中：R為發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量電阻X：發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量電抗。

圖2　失磁保護(hù)靜穩(wěn)極限阻抗曲線

根據(jù)式（2）和式（3）可將設(shè)定的低勵(lì)限制定值從P-Q平面轉(zhuǎn)化到R-X平面。利用微軟Excel 軟件繪制出低勵(lì)限制定值在R-X平面的映射曲線，與失磁保護(hù)阻抗定值曲線比較相對(duì)位置，即可確定二者配合是否合理。二者在R-X平面上合理的配合關(guān)系應(yīng)是低勵(lì)限制曲線，應(yīng)該完全在靜穩(wěn)極限阻抗圓之外。溪洛渡電站勵(lì)磁系統(tǒng)的低勵(lì)限制值如表1所示，依據(jù)溪洛渡電站失磁保護(hù)定值如表2所示，利用繼電保護(hù)測(cè)試儀等設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，得出溪洛渡電站失磁保護(hù)靜穩(wěn)極限阻抗部分值如表3所示，無功失磁保護(hù)整定值配合情況如圖3所示。反向整定值為10%。通過計(jì)算將低勵(lì)限制值轉(zhuǎn)化至R-X平面后，溪洛渡電站低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定值配合情況如圖3所示。

圖3　溪洛渡電站低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合

表1　溪洛渡電站勵(lì)磁低勵(lì)限制整定值

表2　溪洛渡電站失磁保護(hù)整定值

表3　溪洛渡電站失磁保護(hù)靜穩(wěn)極限阻抗值

2　低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合試驗(yàn)

依據(jù)進(jìn)相試驗(yàn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[7]，對(duì)溪洛渡電站機(jī)組做了進(jìn)相試驗(yàn)，在進(jìn)相試驗(yàn)過程中，一方面測(cè)試了發(fā)電機(jī)的進(jìn)相能力，另一方面也驗(yàn)證了低勵(lì)限制與失磁保護(hù)的配合情況。在進(jìn)相試驗(yàn)過程中，每次到達(dá)低勵(lì)限制值時(shí)，勵(lì)磁低勵(lì)限制首先瞬時(shí)動(dòng)作，待臨時(shí)閉鎖低勵(lì)限制后進(jìn)一步進(jìn)相，至進(jìn)相限制條件后停止進(jìn)相，具體進(jìn)相數(shù)據(jù)如表3所示。通過進(jìn)相試驗(yàn)，也驗(yàn)證了溪洛渡電站低勵(lì)限制整定值與失磁保護(hù)整定值之間存在一定的安全裕度，同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證了低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定值配合的正確性。

3　結(jié)語

通過理論分析，將水輪發(fā)電機(jī)的低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定值映射在同一個(gè)平面內(nèi)，可以看出低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合的正確性，且同時(shí)證明了失磁保護(hù)動(dòng)作區(qū)與低勵(lì)限制之間存在著一定的安全裕度，滿足低勵(lì)限制先于失磁保護(hù)動(dòng)作要求，并通過發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)也驗(yàn)證了水輪發(fā)電機(jī)的低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合的正確性。

表3　溪洛渡電站14F進(jìn)相試驗(yàn)情況

圖4　溪洛渡電站低勵(lì)限制與失磁保護(hù)配合試驗(yàn)

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1] GB/T 7409.3-2007, 大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求[S].

[2] DL/T684-2012, 大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則[S].

[3] 王維儉. 電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用（第二版）[M]. 中國(guó)電力出版社．

[4] 陳俊, 劉洪, 嚴(yán)偉, 等. 大型水輪發(fā)電機(jī)組保護(hù)若干技術(shù)問題探討[J]. 水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測(cè), 2012, 36(4): 41-44．

[5] 賈文雙, 岳雷, 措姆, 等. 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)與低勵(lì)磁限制的配合方法[J]. 華北電力技術(shù), 2013(1): 11-13．

[6] 劉偉良, 荀吉輝, 薛瑋. 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)與低勵(lì)限制的整定配合[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2008, 32(18): 77-80．

[7] Q / GDW 746-2012, 同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)導(dǎo)則[S].

劉喜泉（1980-），碩士研究生，主要從事電氣二次設(shè)備維護(hù)與研究工作，高級(jí)工程師。

審稿人：李金香

Research and Practice in Matching Setting of Low Excitation Limit and Loss -of-Excitation Protection for Hydro Generator

LIU Xiquan1, XIE Yanjun2, CHEN Xiaoming1, BI Xinying1, FENG Xiaosong1
(1. Xiluodu Hydropower Plant, Yongshan 657300, China; 2. NARI Technology Co., Ltd, Nanjing 211106, China)

Abstract:Take Xiluodu power station as an example, this paper is analyzed on the matching setting of Low Excitation Limit and Loss -of-Excitation Protection for Hydro Generator in theory. The result is that Low Excitation Limit will act earlier than Loss-of-Excitation Protection for hydro generator by the unit test of leading phase. As result, the setting of Low Excitation Limit and Loss -of-Excitation Protection for hydro generator is correct.

Key words:hydro generator; low excitation limit; loss -of-excitation; matching setting

[作者簡(jiǎn)介]

[收稿日期]2015-05-26

[中圖分類號(hào)]TM312

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1000-3983(2016)01-0059-03