淺析糯扎渡水電站水輪發電機失磁保護與欠勵限制的配合
2014-07-21 17:16:04梁炯
科技創新與應用 2014年23期
梁炯
摘 要：勵磁系統作為電力系統中的重要電氣設備，對保證電力系統的安全穩定運行發揮著重要的作用。文章介紹了糯扎渡水電站水輪發電機失磁保護的配置和整定，并介紹了勵磁系統欠勵限制的原理和整定，同時也探討了欠勵限制和失磁保護的配合。
關鍵詞：水輪發電機失磁保護；欠勵限制；整定；配合
1 概述
糯扎渡水電站是瀾滄江上一個特大型水電工程，共裝設9臺單機容量為650MW的水輪發電機組，以500kV電壓等級接入電力系統，在系統中擔任調峰、一次調頻和事故備用，長距離大功率輸電，機組需經常進相運行，為了確保發電機安全運行，欠勵限制必須能夠防止發電機進入不穩定運行區域，欠勵限制和失磁保護要配合完善，欠勵限制動作時失磁保護不動作，發電機失磁時失磁保護能可靠動作。
2 欠勵限制
糯扎渡水電廠勵磁系統采用南瑞NES5100勵磁調節器。發電機勵磁不足反映在各個電氣參量中，主要表現為：勵磁電流低、進相深度大（負無功功率大）和定子電流增大，為保證發電機安全運行，針對反映低勵磁的主要電氣量有相應的限制手段，在NES5100調節器中，用P/Q限制來實現。
2.1 欠勵限制原理
P/Q限制器本質上是一個欠勵限制器，用于防止發電機進入不穩定運行區域。發電機實際運行范圍比發電機運行安全范圍小得多，總留有足夠的安全裕度，即實際的無功欠勵限制曲線比進相允許曲線低得多。一般地，無功欠勵曲線為直線或折線方式，NES5100勵磁調節器為五點折線，用五個無功功率值對應五個有功功率水平來設定限制曲線。如圖1所示，圖中0ABCDEF圍成的區域為進相允許范圍，超出0ABCDEF區域為深度進相，發電機正常運行應避免進入該范圍。
無功功率欠勵限制原理為：裝置實時檢測發電機有功功率和無功功率，根據點與直線位置計算公式，判斷實際允許點離欠勵限制曲線的遠近（模值）和內外（符號），當運行點越過欠勵限制曲線，裝置即以無功功率作為被調節量，調節偏差即為運行點至欠勵曲線的距離，從而保證發電機允許點回到安全允許區域。另外，根據發電機進相運行控制原理，發電機允許進相范圍與發電機端電壓成一定比例關系，為了保證發電機任何時候都具有足夠的安全裕度，欠勵限制曲線也按照相似的關系，根據發電機電壓進行調整，欠勵限制模型如圖2所示。
圖2 欠勵限制模型
2.2 欠勵限制定值整定
通過發電機進相試驗可檢驗欠勵限制設定值是否合理，是否滿足機組的安全穩定運行。
計算公式為：Q實際=（■-1）2×Q1+Q2
Q實際：勵磁實際低勵限制值；Q1：勵磁低勵限制曲線第一點無功值；Q2：當前有功下對應的低勵曲線無功值；U機端：當前有功下對應的機端電壓值；UN：機端額定電壓。
表2 發電機欠勵限制設定值和理論動作值
由于勵磁系統低勵限制定值的設置值要經過勵磁程序公式計算得出實際限制值，經過計算后的勵磁低勵限制值滿足進相試驗數據，符合機組運行要求，由圖3可知。
表3 發電機欠勵限制動作值
欠勵限制的動作值與進相試驗的最大深度基本吻合，可以保證機組在正常運行中，具備相應的進相能力。
3 失磁保護
失磁保護反應發電機勵磁回路故障引起的發電機異常運行。糯扎渡電廠失磁保護由以下三個判據組。
3.1 低電壓判據
糯扎渡電站取自發電機機端三相電壓。三相同時低電壓判據：Upp < Ulezd，低電壓定值取85V（線電壓）
3.2 定子側阻抗判據
其中圖4中陰影部分為動作區，虛線為無功反向動作邊界。
其中：發電機電抗Xd=0.99，Xq=0.66，XS=0.263，Xd/=0.3，na=30000，nv=180
發電機凸極功率定值為14.3%。
3.3 轉子側判據
轉子低電壓判據：Ur 糯扎渡電站失磁保護的I段及II段采用的是靜穩圓，其中I段只發信不出口，失磁II段有機端低電壓閉鎖（當機端測量阻抗進入靜穩圓，并且機端電壓低于80%額定電壓時出口）。 4 失磁保護與欠勵限制配合 從圖5可知：圖中藍色曲線為失磁保護阻抗動作圓，綠色曲線為進相試驗中各個工況下的計算阻抗值，紅色曲線為機端電壓為80%額定電壓時低勵限制理論動作值下的機端測量值。圖中藍色牽頭表示機端電壓下降時，進相深度加深時，機端測量阻抗的運行方向，由于欠勵限制的動作值與機端電壓有關，當機端電壓下降時，欠勵限制的動作值變淺，限制了機端測量阻抗向失磁阻抗動作圓運動的趨勢。 5 結束語 糯扎渡電站在機端電壓下降到80%額定電壓的情況下，只要欠勵限制正常動作，失磁保護即不會動作，低勵限制可以起到很好的保護作用，滿足機組進相運行的要求。 參考文獻 [1]南瑞RCS-985發變組保護說明書. [2]竺士章.發電機組勵磁系統試驗[M].中國電力出版社. [3]DL/T650-1998 大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件，中國電力出版社. [4]DL/T843-2003 大型汽輪發電機交流勵磁機系統技術條件，中國電力出版社. [4]南瑞NES5100勵磁調節器說明書.
摘 要：勵磁系統作為電力系統中的重要電氣設備，對保證電力系統的安全穩定運行發揮著重要的作用。文章介紹了糯扎渡水電站水輪發電機失磁保護的配置和整定，并介紹了勵磁系統欠勵限制的原理和整定，同時也探討了欠勵限制和失磁保護的配合。
關鍵詞：水輪發電機失磁保護；欠勵限制；整定；配合
1 概述
糯扎渡水電站是瀾滄江上一個特大型水電工程，共裝設9臺單機容量為650MW的水輪發電機組，以500kV電壓等級接入電力系統，在系統中擔任調峰、一次調頻和事故備用，長距離大功率輸電，機組需經常進相運行，為了確保發電機安全運行，欠勵限制必須能夠防止發電機進入不穩定運行區域，欠勵限制和失磁保護要配合完善，欠勵限制動作時失磁保護不動作，發電機失磁時失磁保護能可靠動作。
2 欠勵限制
糯扎渡水電廠勵磁系統采用南瑞NES5100勵磁調節器。發電機勵磁不足反映在各個電氣參量中，主要表現為：勵磁電流低、進相深度大（負無功功率大）和定子電流增大，為保證發電機安全運行，針對反映低勵磁的主要電氣量有相應的限制手段，在NES5100調節器中，用P/Q限制來實現。
2.1 欠勵限制原理
P/Q限制器本質上是一個欠勵限制器，用于防止發電機進入不穩定運行區域。發電機實際運行范圍比發電機運行安全范圍小得多，總留有足夠的安全裕度，即實際的無功欠勵限制曲線比進相允許曲線低得多。一般地，無功欠勵曲線為直線或折線方式，NES5100勵磁調節器為五點折線，用五個無功功率值對應五個有功功率水平來設定限制曲線。如圖1所示，圖中0ABCDEF圍成的區域為進相允許范圍，超出0ABCDEF區域為深度進相，發電機正常運行應避免進入該范圍。
無功功率欠勵限制原理為：裝置實時檢測發電機有功功率和無功功率，根據點與直線位置計算公式，判斷實際允許點離欠勵限制曲線的遠近（模值）和內外（符號），當運行點越過欠勵限制曲線，裝置即以無功功率作為被調節量，調節偏差即為運行點至欠勵曲線的距離，從而保證發電機允許點回到安全允許區域。另外，根據發電機進相運行控制原理，發電機允許進相范圍與發電機端電壓成一定比例關系，為了保證發電機任何時候都具有足夠的安全裕度，欠勵限制曲線也按照相似的關系，根據發電機電壓進行調整，欠勵限制模型如圖2所示。
圖2 欠勵限制模型
2.2 欠勵限制定值整定
通過發電機進相試驗可檢驗欠勵限制設定值是否合理，是否滿足機組的安全穩定運行。
計算公式為：Q實際=（■-1）2×Q1+Q2
Q實際：勵磁實際低勵限制值；Q1：勵磁低勵限制曲線第一點無功值；Q2：當前有功下對應的低勵曲線無功值；U機端：當前有功下對應的機端電壓值；UN：機端額定電壓。
表2 發電機欠勵限制設定值和理論動作值
由于勵磁系統低勵限制定值的設置值要經過勵磁程序公式計算得出實際限制值，經過計算后的勵磁低勵限制值滿足進相試驗數據，符合機組運行要求，由圖3可知。
表3 發電機欠勵限制動作值
欠勵限制的動作值與進相試驗的最大深度基本吻合，可以保證機組在正常運行中，具備相應的進相能力。
3 失磁保護
失磁保護反應發電機勵磁回路故障引起的發電機異常運行。糯扎渡電廠失磁保護由以下三個判據組。
3.1 低電壓判據
糯扎渡電站取自發電機機端三相電壓。三相同時低電壓判據：Upp < Ulezd，低電壓定值取85V（線電壓）
3.2 定子側阻抗判據
其中圖4中陰影部分為動作區，虛線為無功反向動作邊界。
其中：發電機電抗Xd=0.99，Xq=0.66，XS=0.263，Xd/=0.3，na=30000，nv=180
發電機凸極功率定值為14.3%。
3.3 轉子側判據
轉子低電壓判據：Ur 糯扎渡電站失磁保護的I段及II段采用的是靜穩圓，其中I段只發信不出口，失磁II段有機端低電壓閉鎖（當機端測量阻抗進入靜穩圓，并且機端電壓低于80%額定電壓時出口）。 4 失磁保護與欠勵限制配合 從圖5可知：圖中藍色曲線為失磁保護阻抗動作圓，綠色曲線為進相試驗中各個工況下的計算阻抗值，紅色曲線為機端電壓為80%額定電壓時低勵限制理論動作值下的機端測量值。圖中藍色牽頭表示機端電壓下降時，進相深度加深時，機端測量阻抗的運行方向，由于欠勵限制的動作值與機端電壓有關，當機端電壓下降時，欠勵限制的動作值變淺，限制了機端測量阻抗向失磁阻抗動作圓運動的趨勢。 5 結束語 糯扎渡電站在機端電壓下降到80%額定電壓的情況下，只要欠勵限制正常動作，失磁保護即不會動作，低勵限制可以起到很好的保護作用，滿足機組進相運行的要求。 參考文獻 [1]南瑞RCS-985發變組保護說明書. [2]竺士章.發電機組勵磁系統試驗[M].中國電力出版社. [3]DL/T650-1998 大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件，中國電力出版社. [4]DL/T843-2003 大型汽輪發電機交流勵磁機系統技術條件，中國電力出版社. [4]南瑞NES5100勵磁調節器說明書.
摘 要：勵磁系統作為電力系統中的重要電氣設備，對保證電力系統的安全穩定運行發揮著重要的作用。文章介紹了糯扎渡水電站水輪發電機失磁保護的配置和整定，并介紹了勵磁系統欠勵限制的原理和整定，同時也探討了欠勵限制和失磁保護的配合。
關鍵詞：水輪發電機失磁保護；欠勵限制；整定；配合
1 概述
糯扎渡水電站是瀾滄江上一個特大型水電工程，共裝設9臺單機容量為650MW的水輪發電機組，以500kV電壓等級接入電力系統，在系統中擔任調峰、一次調頻和事故備用，長距離大功率輸電，機組需經常進相運行，為了確保發電機安全運行，欠勵限制必須能夠防止發電機進入不穩定運行區域，欠勵限制和失磁保護要配合完善，欠勵限制動作時失磁保護不動作，發電機失磁時失磁保護能可靠動作。
2 欠勵限制
糯扎渡水電廠勵磁系統采用南瑞NES5100勵磁調節器。發電機勵磁不足反映在各個電氣參量中，主要表現為：勵磁電流低、進相深度大（負無功功率大）和定子電流增大，為保證發電機安全運行，針對反映低勵磁的主要電氣量有相應的限制手段，在NES5100調節器中，用P/Q限制來實現。
2.1 欠勵限制原理
P/Q限制器本質上是一個欠勵限制器，用于防止發電機進入不穩定運行區域。發電機實際運行范圍比發電機運行安全范圍小得多，總留有足夠的安全裕度，即實際的無功欠勵限制曲線比進相允許曲線低得多。一般地，無功欠勵曲線為直線或折線方式，NES5100勵磁調節器為五點折線，用五個無功功率值對應五個有功功率水平來設定限制曲線。如圖1所示，圖中0ABCDEF圍成的區域為進相允許范圍，超出0ABCDEF區域為深度進相，發電機正常運行應避免進入該范圍。
無功功率欠勵限制原理為：裝置實時檢測發電機有功功率和無功功率，根據點與直線位置計算公式，判斷實際允許點離欠勵限制曲線的遠近（模值）和內外（符號），當運行點越過欠勵限制曲線，裝置即以無功功率作為被調節量，調節偏差即為運行點至欠勵曲線的距離，從而保證發電機允許點回到安全允許區域。另外，根據發電機進相運行控制原理，發電機允許進相范圍與發電機端電壓成一定比例關系，為了保證發電機任何時候都具有足夠的安全裕度，欠勵限制曲線也按照相似的關系，根據發電機電壓進行調整，欠勵限制模型如圖2所示。
圖2 欠勵限制模型
2.2 欠勵限制定值整定
通過發電機進相試驗可檢驗欠勵限制設定值是否合理，是否滿足機組的安全穩定運行。
計算公式為：Q實際=（■-1）2×Q1+Q2
Q實際：勵磁實際低勵限制值；Q1：勵磁低勵限制曲線第一點無功值；Q2：當前有功下對應的低勵曲線無功值；U機端：當前有功下對應的機端電壓值；UN：機端額定電壓。
表2 發電機欠勵限制設定值和理論動作值
由于勵磁系統低勵限制定值的設置值要經過勵磁程序公式計算得出實際限制值，經過計算后的勵磁低勵限制值滿足進相試驗數據，符合機組運行要求，由圖3可知。
表3 發電機欠勵限制動作值
欠勵限制的動作值與進相試驗的最大深度基本吻合，可以保證機組在正常運行中，具備相應的進相能力。
3 失磁保護
失磁保護反應發電機勵磁回路故障引起的發電機異常運行。糯扎渡電廠失磁保護由以下三個判據組。
3.1 低電壓判據
糯扎渡電站取自發電機機端三相電壓。三相同時低電壓判據：Upp < Ulezd，低電壓定值取85V（線電壓）
3.2 定子側阻抗判據
其中圖4中陰影部分為動作區，虛線為無功反向動作邊界。
其中：發電機電抗Xd=0.99，Xq=0.66，XS=0.263，Xd/=0.3，na=30000，nv=180
發電機凸極功率定值為14.3%。
3.3 轉子側判據
轉子低電壓判據：Ur 糯扎渡電站失磁保護的I段及II段采用的是靜穩圓，其中I段只發信不出口，失磁II段有機端低電壓閉鎖（當機端測量阻抗進入靜穩圓，并且機端電壓低于80%額定電壓時出口）。 4 失磁保護與欠勵限制配合 從圖5可知：圖中藍色曲線為失磁保護阻抗動作圓，綠色曲線為進相試驗中各個工況下的計算阻抗值，紅色曲線為機端電壓為80%額定電壓時低勵限制理論動作值下的機端測量值。圖中藍色牽頭表示機端電壓下降時，進相深度加深時，機端測量阻抗的運行方向，由于欠勵限制的動作值與機端電壓有關，當機端電壓下降時，欠勵限制的動作值變淺，限制了機端測量阻抗向失磁阻抗動作圓運動的趨勢。 5 結束語 糯扎渡電站在機端電壓下降到80%額定電壓的情況下，只要欠勵限制正常動作，失磁保護即不會動作，低勵限制可以起到很好的保護作用，滿足機組進相運行的要求。 參考文獻 [1]南瑞RCS-985發變組保護說明書. [2]竺士章.發電機組勵磁系統試驗[M].中國電力出版社. [3]DL/T650-1998 大型汽輪發電機自并勵靜止勵磁系統技術條件，中國電力出版社. [4]DL/T843-2003 大型汽輪發電機交流勵磁機系統技術條件，中國電力出版社. [4]南瑞NES5100勵磁調節器說明書.
