火電廠勵磁系統過勵限制特性試驗研究

孟 萍，李 寧，孫文林

（華能雨汪電廠檢修部，云南曲靖655507）

1 引言

正確的勵磁系統過勵限制和過勵保護可以在保證發電機組安全可靠運行的條件下最大限度地發揮發電機的作用，從而提高電網的穩定裕度。本文對過勵限制和過勵保護特性、參數整定等方面進行分析，并做了過勵限制特性試驗，為機組安全和穩定奠定基礎。

2 過勵限制的主要特性

過勵反時限特性函數類型與發電機磁場過電流特性函數類型一致［1］。因勵磁機飽和難以與發電機磁場過電流特性匹配時宜采用非函數形式的多點表述反時限特性。

隱極式同步發電機轉子過電流特性表達式［2］如下:

式中:I為發電機磁場電流對額定磁場電流Ifn的比值；t為許可的過電流持續時間。

水輪發電機轉子僅有承受2Ifn的持續時間的描述，缺少過電流特性的函數描述。

勵磁系統功率單元（勵磁變壓器、整流橋、勵磁機等）的過電流能力應保證實現發電機轉子過電流能力，但是某些交流勵磁機勵磁系統的頂值電流可能小于發電機轉子過電流能力，當兩者不相同時按小者確定。

按照繼電保護規定，轉子繞組過負荷保護特性與發電機轉子過電流特性一致。過勵反時限特性與發電機轉子繞組過負荷保護特性之間留有級差，確保在保護動作之前限制動作。

過勵反時限啟動值小于發電機轉子過負荷保護的啟動值，大于 Ifn，一般為（105%～110%）Ifn。啟動值不影響反時限特性，并當磁場電流大于啟動值后進入反時限計算。

過勵反時限限制值一般比啟動值減少（5%～10%）Ifn，以釋放積累的熱量，也可限制到啟動值，再由操作人員根據過勵限制動作信號減少磁場電流。限制環節可以有不大于0.3s時間常數的慣性環節，以減少有功功率波動和無功功率超調。

過勵限制信號測量誤差小于0.5%，時間誤差小于0.05%，有良好的調節參數，使得限制過程快速而穩定，過勵限制特性能夠通過試驗證實。

3 可控勵磁發電系統過勵限制電路原理及其工作特性

過勵限制是把可控勵磁發電系統中可控橋最大輸出電流，限制在一定限度內的安全保護措施。因為可控勵磁系統調節靈敏，在發電機端電壓下降5%時，就能將可控硅導通角開放到最大進行強勵［4］。如不加以限制，這時的強勵電流約為額定勵磁電流的2倍以上，對勵磁繞組和可控橋整流元件都可能造成危害。因此必須設置過勵限制電路把強勵電流限制在強勵允許值以內。過勵限制電路原理接線見圖1。

圖1 過勵限制電路原理接線圖

過勵信號由可控功率整流橋交流側的兩個測量互感器5TA、6TA二次側取得。本電路測量可控橋的交流輸入電流，當其達限制值時，輸出的過勵限制信號自動限制可控硅開放角的增大，從而限制可控橋最大勵磁電流在一定的數值內。其限制值由波段開關1Ke分十檔進行整定調節。

測量電流互感器5TA、6TA分別串在可控橋交流側任意二相的輸入端上，副邊分別并接3RT、4RT。其上可取得與輸入電流成正比的電壓，將它們的一端異極性相連，接成V型，形成三相電壓，接至過勵限制電路的輸入端4-5-6。

圖1中，2Re為減小限制信號的交流成分，防止勵磁電壓波起伏不平衡而設。2Re阻值不大，它并不明顯地減慢1Ce的充電速度，保證限制信號有較快的上升速度。而3Re阻值較大，減慢了1Ce的放電速度，以此平滑過勵限制信號，減小信號中的交流成分。

4 試驗內容與步驟

4.3.1 過勵限制特性試驗接線見圖2。按圖示要求接入三相自耦調壓器、交流電壓表、交流電流表和負載電阻1R、2R、3R。電流互感器二次電流在3RT、4RT上形成的三相交流電壓是過勵限制的輸入電壓，分別為 U4-5、U5-6、U6-4，三相電流值相同時，三相電壓值也應相等。在輸出端9-10接入直流電壓表用于測量輸出電壓U9-10。波段開關1Ke置于5檔位置，將三相調壓器調至零輸出位置，電源開關處于斷開狀態，接線完畢檢查無誤后，接入三相交流電源。

4.3.2 合上交流電源開關調節三相調壓器，逐步增加輸入TR原邊電壓至100V，注意觀察電流表和電壓表的變化情況，調節R1、R2、R3使三相電流對稱，然后按表4-2所對應各點電流改變值記錄過勵限制的輸入輸出參數［5］。

4.3.3 調壓器置零輸出位置，切斷三相交流電源，調節整定過勵限制值的波段開關置于“0”檔位置。

圖2 過勵限制特性試驗接線圖

4.3.4 記錄繪制限制特性:斷開 5TA、6TA 與過勵限制電路輸入端4、5、6的連接導線，將三相調壓器輸出端 a、b、c 直接接到過勵限制輸入端 4、5、6，作為輸入電壓Usr，合上三相交流電源開關，按表4-2調整三相調壓器改變輸入過勵限制電路的交流輸入電壓Usr，逐點測試記錄過勵限制輸入電壓Usr與輸出電壓Usc的對應值，測試數據正確記入表4-3中（注意:三相調壓器輸入過勵限制電路的電壓不應大于17V，三相電壓應對稱均勻）。

表4 -3過勵限制特性測試記錄表

4.3.5 再將過勵限制整定開關分別置于“5”檔和“10”檔時，按上面第4步分別測出二組數據記錄在表4-3相應的表格中。

5 結束語

本文主要對可控勵磁發電系統進行了試驗設計，著重在可控勵磁系統中的過勵限制方面作了重點分析，并設計了相關的一個過勵限制特性試驗，對過勵限制系統加深了了解。對火電廠勵磁系統過勵限制和保護定值這個關系到機組安全和電力系統穩定的重要問題進行了深入研究。