基于阻抗平面失磁保護與低勵限制的校核計算

舒錦宏，夏 丹，蔣 勇

（國網浙江省電力公司緊水灘水力發電廠，浙江 麗水 323000）

基于阻抗平面失磁保護與低勵限制的校核計算

舒錦宏，夏 丹，蔣 勇

（國網浙江省電力公司緊水灘水力發電廠，浙江 麗水 323000）

發電機失磁保護與勵磁系統低勵限制相互配合對于機組的安全穩定運行至關重要，為了提高機組的穩定性能，保障系統電網的運行安全，必須保證發電機在進相運行過程中，勵磁系統低勵限制功能先于發電機失磁保護功能動作，防止發電機失磁保護在勵磁系統低勵限制器動作前解列發電機。校核低勵限制能否在失磁保護之前發揮調控作用，保證系統的靜穩儲備，是整定計算中必不可少的一部分。該計算方法以發電機失磁阻抗值為基準，將發電機運行工況有功-無功即P-Q映射到阻抗R-X平面上統一分析計算。校核失磁保護與低勵限制器的配合。

阻抗平面；失磁保護；低勵限制；校核計算

1 引言

緊水灘電廠裝有6臺55 MW由哈爾濱電機廠制造的發電機組，發電機繼電保護裝置采用美國SEL公司的發電機繼電保護裝置（SEL-300G），具有阻抗式失磁保護，能夠在發電機失磁后及時動作保護發電機和系統不受失步運行的危害。勵磁系統采用廣州電器科學研究院的EXC9000型全數字式靜態勵磁系統，勵磁調節器由A、B、C 3通道組成。A通道是主運行通道，B通道是主備用通道，C通道為輔助備用通道。A、B通道是硬件和軟件結構完全相同的微機通道，可完成調節器的所有功能。

發電機發生低勵失磁故障后，低勵限制器和失磁保護將按照各自的參數配合動作，以確保發電機和電力系統的安全。DL_T583-2006《大中型水輪發電機靜止整流勵磁系統及裝置技術條件》4.4.1（d）（欠勵磁限制要與失磁保護配合，欠勵磁限制動作應先于失磁保護），要求驗證低勵磁限制與失磁保護的整定關系是否正確。由于發電機失磁保護參數的整定計算位于阻抗平面（R-X），而低勵限制器參數的整定計算位于功率平面（P-Q），因此將兩者轉化到同一平面（R-X）進行計算分析，校核勵磁調節器具有低勵磁限制功能，能夠使得發電機在進相運行時不進入異步阻抗圓邊界范圍。

本文以其中1臺發電機組參數為例，進行發電機失磁保護與勵磁系統低勵限制配合的校核計算。

2 校核計算

2.1 發電機組電氣參數（表1）

表1發電機組電氣參數

2.2 發電機失磁保護阻抗整定值

發電機二次額定電壓VNOM=UN/nTV=10.5 kV/100=1.05 kV=105 V

nTV——電壓互感器變比，10/0.1=100

發電機二次額定電流 INOM=SN/ （1.732×UN）/nTA=64 700/（1.732×10.5）/800≈4.447（A），取 4.4 A

nTA——電流互感器變比，4 000/5=800

依據《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》，按照《SEL-300G使用手冊》進行失磁保護阻抗整定計算：

失磁異步阻抗園直徑40Z1P=VNOM/（1.732×INOM）=105/（1.732×4.4）≈13.8（Ω）

偏移阻抗

40XD1'=-Xd'/2=-0.308/2=-0.154

40XD1=-0.154×13.8Ω=-2.1252Ω,取 40XD1=-2.1Ω

圖1失磁保護異步阻抗圓

發電機運行測量阻抗落入以O'為圓心AB為直徑的異步阻抗圓時，發電機失磁保護阻抗測量元件將會動作，經過其他元件閉鎖延時后動作發電機停機解列。

2.3 發電機組勵磁進相參數（表2）

表2發電機組勵磁進相參數

2.4 校核核算

選用發電機勵磁系統A調節器為例進行校核計算：

失磁保護整定值40XD1=-2.1Ω 40Z1P=13.8Ω

由圖 1 可得：AO=40XD1=2.1ej-90°,BO=BA+AO=13.8 ej-90+2.1 ej-90=15.9ej-90Ω

由圖1可得2個特殊點A、B，即發電機測量阻抗的模小于AO或大于BO的模，測量阻抗必定在異步阻抗圓外；當測量阻抗的模介于AO和BO模之間時，還需進一步分析阻抗角。

（1）計算有功P=0%狀態，即有功功率P=0.63（MW）無功功率 Q=-19.36（MVar）機端電壓 Ug（%）=93.9%UN時發電機的測量阻抗

視在功率

功角

一次側測量阻抗

結論：發電機空載進相-19.36 MVar時，發電機失磁保護不會動作。

（2）計算有功P=50%狀態，即有功功率P=27.33（MW）無功功率 Q=-17.15（MVar）機端電壓 Ug（%）=94.29%UN時發電機的測量阻抗

視在功率

功角

一次側測量阻抗

結論：發電機有功27.33 MW進相-17.15 MVar時，發電機失磁保護不會動作。

（3）計算有功P=100%狀態，既有功功率P=54.17（MW）無功功率 Q=-15.40（MVar）機端電壓 Ug（%）=95.32%UN時發電機的測量阻抗

視在功率

功角

一次側測量阻抗

二次側測量阻抗

此時測量阻抗 14.24Ω＜15.9Ω=BO=（40XD1+40Z1P），有可能落在異步阻抗圓內，需進一步核算。

圖2中OC及其延長線是與以O'為圓心AB為直徑的異步阻抗圓相切直線，切點為C,則

圖2

只要發電機進相時測量阻抗角大于∠β，即在∠C0R+之內，測量阻抗就不會落入異步阻抗圓，失磁保護阻抗測量元件就不會動作。

因為有功P=100%狀態進相低勵限制功角

所以此時測量阻抗落在異步阻抗圓外，與阻抗圓無交集。

結論：發電機有功54.7 MW進相-15.40 MVar時，發電機失磁保護不會動作。

3 結束語

本文以發電機失磁保護的原理和勵磁系統的低勵限制為出發點，分析了這兩者之間協調配合的必要性，并提出將發電機失磁保護與勵磁系統低勵限制曲線都歸算到阻抗（R-X）平面上進行比較的方法，在阻抗平面上分析了失磁保護和低勵限制器的配合關系。分析結果表明，兩者之間的配合關系滿足低勵限制器先于失磁保護動作的要求。

[1]DL/T 583-2006大中型水輪發電機靜止整流勵磁系統及裝置技術條件[S].

[2]王維儉.電力主設備繼電保護原理與應用[M].北京：中國電力出版社，2004.

[3]張保會，尹項根.電力系統繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2005.

[4]DL/T 684-2012大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則[S].

TM77

B

1672-5387（2017）11-0007-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.003

2017-08-25

舒錦宏（1969-），男，工程師，從事繼電保護、電氣測量和直流系統的技術與管理工作。