發(fā)電機(jī)欠勵(lì)限制與失磁保護(hù)配合的分析

劉宏猷，邵富平，郝貴敏，熊 麗

（大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司，河北 邯鄲 056044）

在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)保護(hù)中分別設(shè)有欠勵(lì)限制和失磁保護(hù)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器欠勵(lì)限制必須和失磁保護(hù)相匹配，任何操作或電力系統(tǒng)擾動(dòng)都應(yīng)保證欠勵(lì)限制先于失磁保護(hù)動(dòng)作。DL/T 843－2010《大型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件》中明確規(guī)定“欠勵(lì)限制的動(dòng)作曲線應(yīng)注意與失磁保護(hù)的配合”。

1 300MW機(jī)組失磁保護(hù)的整定計(jì)算

1.1 勵(lì)磁系統(tǒng)介紹

大唐河北發(fā)電有限公司馬頭熱電分公司（簡(jiǎn)稱“馬頭發(fā)電公司”）300MW發(fā)電機(jī)組為東方電機(jī)廠產(chǎn)品，配套使用的是GEC－313勵(lì)磁控制系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁方式為自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)。由勵(lì)磁變壓器、勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜、進(jìn)線柜、整流柜（3面柜）、滅磁過(guò)壓保護(hù)柜（1面柜）等構(gòu)成；勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜內(nèi)安裝的是勵(lì)磁控制器，是勵(lì)磁反饋控制的核心部分。整流柜內(nèi)安裝的是由大功率晶閘管組成的三相全控整流橋，根據(jù)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小，可由若干個(gè)整流柜向發(fā)電機(jī)提供勵(lì)磁電流。滅磁過(guò)壓保護(hù)柜中安裝的是滅磁開(kāi)關(guān)和非線性或線性滅磁電阻及過(guò)電壓保護(hù)裝置。

1.2 失磁保護(hù)整定的基本參數(shù)

根據(jù)9號(hào)機(jī)組短路計(jì)算書(shū)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下。

基準(zhǔn)容量SB＝100MVA；系統(tǒng)聯(lián)系電抗Xs＝0.072 8；發(fā)電機(jī)參數(shù)：暫態(tài)電抗X′d＝0.256 8；同步電抗Xd＝1.854 8；額定電壓UGN＝20kV；額定視在功率SGN＝353MVA；TA變比nTA＝3 000；TV變比nTV＝200；二次額定電壓Ugn＝100V。

當(dāng)發(fā)電機(jī)低勵(lì)或失磁時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗軌跡進(jìn)入異步邊界阻抗圓，作為發(fā)電機(jī)進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)的判據(jù)：

式中：XA為異步邊界圓和jX軸的第1交點(diǎn)的縱坐標(biāo)整定值，Ω；XB為異步邊界圓和jX軸的第2交點(diǎn)的縱坐標(biāo)整定值，Ω；Zg.n為發(fā)電機(jī)額定基準(zhǔn)二次阻抗有名值，Ω。

取XC＝－17.94Ω，Xr＝15.76Ω

失磁保護(hù)采用異步邊界阻抗圓如圖1所示。

圖1 異步邊界阻抗圓

1.3 失磁保護(hù)機(jī)端三相電壓判據(jù)

取機(jī)端三相電壓，本判據(jù)主要用于防止由發(fā)電機(jī)失磁故障引發(fā)的廠用電系統(tǒng)不能正常工作，其三相同時(shí)低電壓動(dòng)作判據(jù)為：UOP.3ph＝0.95Ugn，根據(jù)省調(diào)涉網(wǎng)保護(hù)要求，機(jī)端電壓整定為95V。

2 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)及勵(lì)磁系統(tǒng)欠勵(lì)限制配合關(guān)系

2.1 發(fā)電機(jī)失磁機(jī)端測(cè)量阻抗變化

發(fā)電機(jī)從低勵(lì)或失磁開(kāi)始到進(jìn)入穩(wěn)定異步運(yùn)行，一般可分為低勵(lì)或失磁后到失步前、靜態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn)、失步后的異步運(yùn)行3個(gè)階段來(lái)分析。發(fā)電機(jī)由低勵(lì)或失磁開(kāi)始到失步之前的階段，發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率基本保持不變，是一個(gè)等有功功率過(guò)程，而無(wú)功功率在這段時(shí)間內(nèi)由正值變?yōu)樨?fù)值。隨著勵(lì)磁電流不斷下降，發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電勢(shì)逐漸降低，其功角特性曲線降低，使得功角增大，當(dāng)功角被拉大到90°時(shí)，發(fā)電機(jī)處于靜態(tài)穩(wěn)定極限點(diǎn)，由此產(chǎn)生了發(fā)電機(jī)由穩(wěn)定向失步變化的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。通過(guò)計(jì)算分析，可以得到靜態(tài)穩(wěn)定邊界阻抗圓。隨后發(fā)電機(jī)失步，進(jìn)入異步運(yùn)行階段，這時(shí)由機(jī)端觀測(cè)的發(fā)電機(jī)等值阻抗為發(fā)電機(jī)的異步阻抗。異步阻抗與轉(zhuǎn)差率有關(guān)，并在一定范圍內(nèi)變化，該范圍可包含在一個(gè)阻抗圓內(nèi)，稱其為異步邊界阻抗圓。

2.2 靜態(tài)穩(wěn)定極限阻抗圓、異步邊界阻抗圓與等有功阻抗圓的相對(duì)位置

從失磁開(kāi)始到靜態(tài)穩(wěn)定破壞前，機(jī)端阻抗的變化軌跡是一個(gè)阻抗圓，稱其為“等有功阻抗圓”（如圖2所示），該圓圓心為，半徑為US2/2P＝0.16。

異步邊界阻抗圓的整定為：XA＝－0.5X′d＝－0.128 4，Xb＝－Xd＝－1.854 8。

靜態(tài)穩(wěn)定極限阻抗圓（如圖2所示）的整定為：XC＝XS＝0.072 8，Xb＝－Xd＝－1.854 8。

圖2 靜態(tài)穩(wěn)定極限、異步邊界阻抗圓與等有功阻抗圓的相對(duì)位置

從圖2中可以看出，等有功阻抗圓與異步邊界阻抗圓在阻抗平面上有相交點(diǎn)。

2.3 失磁保護(hù)阻抗繼電器與欠勵(lì)限制線的特性配合分析

由于欠勵(lì)限制動(dòng)作整定值是按照靜態(tài)穩(wěn)定極限阻抗圓為條件設(shè)定，但其卻反應(yīng)在P－Q平面上計(jì)算，而失磁保護(hù)是在R－X阻抗圓平面上。所以，為了使兩者參數(shù)配合，需要將兩者都?xì)w算到同一個(gè)平面上。

2.3.1 以SB＝353MVA為基準(zhǔn)歸算20kV側(cè)電抗值

Xd＝1.854 8×353/100×202/353＝7.42Ω。

Xs＝0.072 8×353/100×202/353＝0.29Ω。

2.3.2 失磁保護(hù)靜態(tài)穩(wěn)定極限阻抗圓在P－Q平面上的動(dòng)作特性

失磁保護(hù)機(jī)端三相低電壓UOP＝0.95×20＝19 kV，則有圓心（0，597.5），半徑646.2。

作靜態(tài)穩(wěn)定極限P－Q圓如靜態(tài)穩(wěn)定極限阻抗圓，圓外為動(dòng)作區(qū)；該圓與汽輪發(fā)電機(jī)的靜態(tài)穩(wěn)定極限邊界完全一致。

2.3.3 失磁保護(hù)采用異步邊界阻抗圓時(shí)與欠勵(lì)限制線的配合

0.5X′d＝0.5×0.256 8×202/100＝0.51Ω，Xd＝1.854 8×202/100＝7.42Ω。

異步邊界阻抗圓（如圖3所示）為：

圖3 異步邊界阻抗圓

圓心［0，－（7.42＋0.51）/2］＝（0，－3.97），半徑（7.42－0.51）/2＝3.46。

異步邊界阻抗圓的方程式為：R2＋（X＋3.97）2＝3.462，即R2＋X2＋7.94X＋3.79＝0。

仍設(shè)失磁保護(hù)機(jī)端三相低電壓：UOP＝0.95×20＝19kV

則上式P2＋（Q＋379.1）2＝330.92

因此異步邊界P－Q圓為圖4中的圓③：圓心（0，－379.1），半徑330.9。

如圖4所示，在P－Q平面上，欠勵(lì)限制線（圖4中曲線②）與靜態(tài)穩(wěn)定極限阻抗圓和異步邊界阻抗圓均實(shí)現(xiàn)了合理配合，相對(duì)而言異步邊界圓的裕度更大。

圖4 靜態(tài)穩(wěn)定圓、異步圓與欠勵(lì)限制線的配合

3 結(jié)論

通過(guò)介紹馬頭發(fā)電公司勵(lì)磁系統(tǒng)欠勵(lì)限制和發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的定值整定方法，分析了勵(lì)磁系統(tǒng)欠勵(lì)限制和發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)之間的配合關(guān)系。從理論上論證了馬頭熱電公司9號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)欠勵(lì)限制和發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)之間有很好的配合關(guān)系。

［1］ 王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用［M］.2版.北京：中國(guó)電力出版社，2002.

［2］ 張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2005.

［3］ 高春如.大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計(jì)算與運(yùn)行技術(shù)［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2005.