發電機轉子繞組過負荷保護與勵磁調節器過勵限制保護配合分析

石家莊良村熱電有限責任公司 張紅雷

發電機轉子繞組過負荷保護與勵磁調節器過勵限制保護配合分析

石家莊良村熱電有限責任公司 張紅雷

發電機轉子繞組過負荷保護與勵磁調節器過勵限制保護正確的動作配合關系是勵磁調節器過勵限制保護應先于發電機轉子繞組過負荷保護動作。本文通過對石家莊良村熱電有限責任公司的2x300MW發電機轉子繞組過負荷保護在運行中發現地問題，進行了相應的計算、試驗和分析。提出國電南自DGT801—B的發電機轉子繞組過負荷保護存在的缺陷及解決辦法。

發電機轉子繞組負荷保護；過勵限制；標么值

石家莊良村熱電有限責任公司為2x300MW發電機組。發變組保護使用地是國電南自DGT801-B保護裝置，發電機轉子繞組過負荷保護使用的電流為交流，來自勵磁變低壓側TA，保護有定時限和反時限兩部分組成，定時限報警，反時限動作出口方式為解列滅磁。勵磁調節器的型號為國電南瑞NES-5100，勵磁方式為自并勵，可控硅整流。勵磁調節器過勵限制為反時限，1.1倍270S，強勵2倍10S，1.05倍可以長期運行。

一、發現的問題

在機組運行中，發現發電機轉子繞組過負荷保護窗口里顯示地轉子電流在不停的、有規律的、上下波動，比實際值向上約10%，向下約5%，在偏大部分要比偏小部分停留時間長，且波動到最大值時停留時間超過1S。此保護使用電流為勵磁變低壓側TA。對比觀察其他使用勵磁變低壓側TA的裝置，如：勵磁調節器中轉子電流，無波動；發變組故障錄波器中勵磁變高壓側電流，無波動。查發電機機端電壓正常，無波動；使用鉗型電流表（0.2級）在發變組保護柜內測量轉子繞組過負荷保護中的轉子電流，無波動。因此，判斷為發變組保護裝置內部問題。表1為在不同轉子電流值下的數據記錄：

由上表的數據，發現轉子繞組過負荷保護中電流波動的最大值和最小值與勵磁調節器中電流（即實際轉子電流）成線性比例關系，向上成比例波動到最大約10%，向下成比例波動到最小約5%。經過查證此波動是因勵磁變電流中存在很大諧波。

此波動在正常運行時，由于發電機轉子電流小，距離保護動作值較遠，所以，轉子繞組過負荷保護不會誤動。但是在發電機過勵狀態或強勵時，因轉子繞組過負荷保護中電流較大，從而會使轉子繞組過負荷保護反時限動作曲線改變。可能導致發變組轉子繞組過負荷保護先于勵磁調節器過勵限制動作，造成誤停機的嚴重后果，以至于影響電網穩定運行。

表1

表2

表3

表4

表5

表6

二、試驗、分析

1.發電機轉子繞組過負荷保護

我廠發變組保護使用地是國電南自DGT801—B保護裝置。發電機轉子繞組過負荷保護，采用反映交流勵磁回路的電流，即勵磁變低壓側三相TA電流。反時限過負荷保護動作出口方式為：解列滅磁。

圖1 動作邏輯框圖

動作方程：

IF＞I IF最大勵磁變低壓側三相TA電流值；I為定值

（IF*2—K2）t＞K1、IF*—勵磁變低壓側三相TA電流標么值

動作邏輯框圖見圖1。

保護定值為：

序號 定值名稱 定值范圍 整定值1 動作電流Igs 0.1-60 0.5A 2 動作延時t11 0.1-100 1.0s 3 動作延時t12 0.1-100 5.0s 4 額定電流IN 0-8 0.453A 5 下限電流IS 0.1-80 0.51A 6 下限延時TS 0.1-5000 120s 7 上限電流IUP 0.1-80 1.0A 8 上限延時tUP 0.1-100 1.0s 9 熱值系數K1 0-50 31.2 10 散熱系數K2 0-2 1.1

1）交流回路精度校驗見表2。

2）轉子過負荷反時限保護，通過動作方程和保護定值得到計算值和試驗值如表3。

從上面的試驗數據可以得出，保護裝置的電流采樣精度合格。用繼保儀加基波電流時，從發電機轉子繞組過負荷保護窗口里觀測，電流無波動。發電機轉子過負荷保護動作曲線，滿足設計要求，且符合《繼電保護和安全自動裝置技術規程GB/T14285-2006》及《同步發電機勵磁系統及大、中型同步發電機勵磁系統技術要求GB/T4096.3-2007》中對勵磁系統頂值電流應不超過2倍額定勵磁電流，時間不小于10秒的要求。

2.勵磁調節器過勵限制

我廠勵磁調節器為國電南瑞NES-5100，勵磁方式為自并勵。勵磁調節器過勵限制為反時限，1.1倍270S，強勵2倍10S。1.05倍可長期運行。

勵磁調節器過勵限制反時限定值及試驗值如表4。

從試驗數據可以得出，勵磁調節器過勵限制符合《繼電保護和安全自動裝置技術規程GB/T14285-2006》5.6.1及《同步發電機勵磁系統及大、中型同步發電機勵磁系統技術要求GB/T4096.3-2007》5.4勵磁系統頂值電流應不超過2倍額定勵磁電流，時間不小于10秒的要求。

3.分析

把發電機轉子繞組過負荷保護、勵磁調節器過勵限制試驗數據對比見表5。

通過分析可以看出，發電機轉子繞組過負荷保護與勵磁調節器過勵限制保護動時間作配合地很好，說明發電機轉子繞組過負荷保護在基波電流下工作正常，符合設計要求。

上面為在試驗狀態下得到的結論，輸入為無擾動的基波電流。而實際上，我廠發電機轉子繞組過負荷保護里的電流在不停地波動。那么，在此狀態下，發電機轉子繞組過負荷保護反時限動作曲線會怎樣呢？由于發電機轉子繞組過負荷保護里的轉子電流波動到最大電流值、最小電流值與實際電流值成線性關系，我們隨機抽取一點進行分析既可，例如表6這一點：

波動地過程為：0.3 0.307 0.316 0.327 0.335 0.345 0.349 0.351等數值間做循環運動。從中可以看出，在大于部分數值多，時間長。

為了利于分析，我們可以把保護采到的電流分為三部分即：(1)小于實際電流部分；(2)等于實際電流部分；(3)大于實際電流部分。

由于發電機轉子繞組過負荷實際是一個熱積累地過程，是用積分方法計算出來地，即從IF>0.51（反時限下限電流值）時開始計算，當熱累積值達到定值時，反時限動作。那么，對動作時間產生影響可分為兩方面，即電流值的大小和在此電流值下的停留時間長短。電流值大、停留時間長，則動作時間短。下面就電流波動帶來地影響從這兩方面分別進行分析：

(1)電流幅值

1)當IF小于實際電流時，則使動作時間t變大，由于向小于實際電流方向波動地幅值較小(5%)，影響較小；

2)當IF等于實際電流時，則動作時間t不變，無影響；

3)當IF大于實際電流時，則使動作時間t變小，由于向大于實際電流方向波動地幅值較大(10%)，影響大；

(2)停留時間

1)電流在波動過程中在小于實際電流區域停留時間較短；

2)電流在波動過程中在大于實際電流區域停留時間較長。

綜上，電流的波動會使發電機轉子繞組過負荷保護反時限動作曲線改變，動作時間將變短。但由于電流不停地波動，致使具體動作時間難以計算出來，動作曲線也無法確定。

當強勵達2倍額定電流時，實際電流應為0.906，但在諧波干擾下，發電機轉子繞組過負荷保護采到地電流最大值可達1A以上，且在最大值時停留時間超過1S。據定值可知，此狀態已滿足發電機轉子繞組過負荷保護反時限動作上限條件，保護延時1S動作。而此狀態下調節器過勵限制保護動作時間為10S，晚于轉子繞組過負荷保護。致使發電機轉子繞組過負荷保護先于調節器過勵限制保護動作，誤把發電機由運行中切除，造成誤動。

三、解決方法

通過以上分析可知，在基波電流下，發變組保護裝置的電流采樣精度合格，動作方程、特性曲線均滿足設計要求。因保護裝置為了能反映設備運行中真實的狀態，在采樣環節一般不采取濾波。但勵磁變電流中卻存在很大得諧波，正是未采取濾波措施，造成保護使用地電流與實際電流不符，恰恰違背了設計的初衷。因此，針對發電機轉子繞組過負荷保護，在采用交流勵磁回路的電流時，需要在轉子電流采樣環節進行濾波，以消除諧波干擾，使保護能正確可靠動作。

[1]DGT801系列發變組保護裝置技術說明書.