勵磁系統的過勵限制和過勵保護

徐基航

【摘要】勵磁系統是通過發電機和勵磁機磁場電流實現的，對勵磁系統的頂值電流瞬時限制和過勵反時限限制提出了要求，這些要求包括函數特性、啟動值、限制值、限制動態過程、參數整定等，將勵磁系統與發電機相關保護、勵磁變保護、地址定子過電流限制之間的配合關系進行了確定，指出了過勵保護相關的技術方面的要求與過勵限制的函數形式。

【關鍵詞】勵磁系統；過勵限制；過勵保護

對于勵磁系統的過勵限制和過勵保護的值進行整定有著非常重要的作用，對機組安全和電力系統穩定有著重大的影響。在對電網瓦解的避免過程中，需要大量的無功支持，只有擁有正確的過勵限制和過勵保護才能夠最大程度的保護機組的運行安全可靠，才能夠將發電機的作用實現最大化，將電網的穩定度提高。

1.過勵限制的特性

勵磁系統中的過勵限制具有兩種功能，一種是頂值電流瞬時限制，一種是過勵反時限限制[1]。不同的勵磁系統會采用不同的過勵限制控制量，在靜止勵磁系統與有刷交流勵磁系統中的過勵限制控制量為發電機磁場電流，而無刷交流勵磁機勵磁系統中的過勵限制控制量為勵磁機勵磁電流。

勵磁系統中的功率單元的過電流能力要確保發電機轉子過電流能力的實現，如果勵磁系統的頂值電流與發電機轉子過電流能力不同時，按照較小的一方來進行確定。

2.限制過程

自并勵和交流勵磁機勵磁系統過勵反時限限制突限（磁場電流給定值瞬間給出）和緩限（經過一階慣性給出）方式之間有著不同的響應[2]。通過仿真實驗可以得出，這兩中突限的方式活著緩限的方式都是能夠被接受的，緩限方式能夠對在熱量不變的情況下對有功波動進行減少。

3.級差

發電機的轉子過負荷保護一般都是依據發電機的特性來進行設定的，過勵反時限與發電機轉子過負荷保護之間是存在級差的，級差主要考慮的原則包括：由于測量而出現的偏差不會引起保護先于限制動作；過勵反時限限制動作過程中的過熱積累與電流回到長期值以下過程中的過熱積累都不會引起保護動作；級差越小越有利于電力系統穩定。出現級差不考慮過勵保護的主要原因有兩點：一點是通過監測能夠將導致過勵的故障進行及時的發現和處理，這樣就能夠大大減小過勵限制動作時刻的故障發生率；另一點是對限制失敗的判斷與通道的切換頂值電流需要1秒以上的時間[3]。

4.過勵限制整定——過勵限制控制量為勵磁機磁場電流

4.1 頂值電流瞬時限制值

在頂值電流瞬時限定值確定的過程中要將勵磁機的飽和考慮在內。在勵磁機的符合特征曲線上，發電機磁場電壓是由頂值電流的倍數倆決定的，與此來得到頂值電流瞬時限制值。

4.2 過勵反時限限制的最大過熱量

在過勵反時限限制最大過熱量的確定過程中可以忽略發電機磁場回路的時間常數。具體的過勵反時限限制的最大過熱量確定的步驟包括：第一步，以勵磁機負載特性為依據，分析發電廠磁場電壓倍數與勵磁機磁場嗲留倍數之間的關系；第二步，設最大過熱量為R，勵磁機的最大磁場電流為A，勵磁機連續運行最大磁場電流為B，發電機的頂值電流持續時間為T，通過這三個因素來對最大過熱量進行計算：R=[（A/B）2-1]*T；第三步，對勵磁機磁場過電流持續時間與發電機磁場過電流持續時間的配合情況進行檢查，如果兩者出現不配合的情況組需要對最大過熱量進行調整；第四步，依照最大過熱量整定發電機轉子過負荷保護；第五步，在級差為2秒情況下，對過勵限制最大過熱量進行選取[4]。

4.3 建議

勵磁機飽和系數的不斷增大將會導致頂值電流的持續時間不斷降低，因此，勵磁機磁場電流為限制控制量的過勵限制特性的反時限特性的描述要采用多點描述的方式。

5.無發電機轉子過負荷保護的情況

當發電機的轉子不采用過負荷保護的情況下，過勵限制依舊可以通過上述的方法來進行確定，即過勵限制與發電機特性留有級差。

6.過勵保護

6.1 頂值電流保護

對于高頂值的勵磁系統而言，勵磁調節器的頂值電流保護是必備的功能。要對運行通道和非運行通道實現同時檢測能夠提高檢測的可靠性。當頂值電流瞬時限制不能夠發揮作用而發出失效的信號之后，通過通道的切換來實現在備用通道中對頂值電流進行限制。其中，備用通道可以選擇自動通道也可以選擇獨立手動通道。頂值電流瞬時限制是否失效要通過越過限制值的百分比與延時來進行判斷，企劃的發電機磁場電流要在350%Ifn之下，并且要就附加的發熱反應忽略掉[5]。此外，高頂值勵磁系統還可以獨立采用過勵反時限保護，設置的特性與參數是相同的。

高頂值勵磁系統有著勵磁系統內部過電流切除調節器停機功能和外部過電流切除調節器停機功。

6.2 過勵反時限保護

當過熱量經過累計之后超過了設定值的某個百分比之后，過勵反時限限制就判斷為失敗，要進行通道的切換。當前有一部分調節器采用的是通過延時兩秒來對電流進行觀察，看電流是否能夠回到110%的額定值之內，這種方法需要的判斷時間太長，會導致過勵反時限過熱量設定值的降低，如果出現這種情況就會導致發電機轉子過電流的能力遭到削弱，不利于電力系統的穩定。

6.3 過勵報警信號

過勵報警的設置主要是為了能夠對勵磁進行及時的調整，避免跳機現象的出現，例如1.3倍額定電流可以設置為延時4秒報警，這種報警信號實際上就相當于發電機轉子過負荷定時限保護功能[5]。

7.總結

本文主要是對勵磁系統中過勵限制與過勵保護的特性、參數等進行了分析，提出了函數特性、限定值、參數整定等方面的要求，將勵磁系統與發電機相關保護、勵磁變保護、地址定子過電流限制之間的配合關系進行了確定，為電氣專業人員的設計和整定工作提供參考與借鑒。

參考文獻

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[3]吳國旸，宋新立，鞠平，林俊杰，呂軍，蘇毅.大型核電機組涉網保護與電網安全自動裝置的協調控制原則[J].電力系統自動化，2010，29（09）：1254-1255.

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[5]楊晶晶，林穗新.勵磁機磁場電流為限制控制量的過勵限制特性的反時限特性的描述[J].吉林大學學報（科學技術專版），2013，01（22）：07-08.