UNITROL6800型勵磁調節器低勵限制整定方法探討

林躍 許偉 王麗麗

摘 ?要：某電廠進相試驗時，出現低勵限制提前整定值動作的情況，影響發電機組進相能力的發揮。文章通過分析UNITROL6800型勵磁調節器低勵限制控制原理、動作特性，探討了UNITROL6800型勵磁調節器低勵限制的整定原則，提出了考慮動作特性的優化整定方法，解決了發電機組進相能力不能充分發揮的問題，可為使用同類型勵磁調節器的電廠整定低勵限制定值提供參考。

關鍵詞：低勵限制;UNITROL6800型勵磁調節器;進相能力;整定方法

中圖分類號：TM621.3 ? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）12-0080-04

Abstract： During the leading phase operation test of a power plant， there is an action for the value of under excitation limit is set in advance， which affects the leading phase capability of the generator set. Based on the analysis of the control principle and action characteristics of the under excitation limit of the UNITROL6800 excitation regulator， this paper discusses the setting principle of the under excitation limit of the UNITROL6800 excitation regulator， and puts forward the optimal setting method considering action characteristics， which solve the problem that the leading phase capability of generator set can not be brought full play， and can provide a reference for setting the value of under excitation limit in power plants using the same type of excitation regulator.

Keywords： under excitation limit; UNITROL6800 excitation regulator; leading phase capability; setting method

0 ?引 ?言

低勵限制是勵磁調節器重要的輔助環節，其作用為防止發電機勵磁過低導致機組靜態穩定性破壞和發電機定子端部鐵芯過熱[1-5]。某電廠進相試驗時，ABB UNITROL6800型勵磁調節器低勵限制提前于整定值動作，且整定值與動作值偏差過大，嚴重影響了發電機組進相能力的發揮，因此有必要對該型的勵磁調節器控制原理、動作特性進行研究，合理整定定值。文中通過分析UNITROL6800型勵磁調節器低勵限制控制原理、動作特性，提出了考慮動作特性的優化整定方法，該方法保證了低勵限制動作值盡可能接近機組進相能力曲線，最大程度地發揮機組的進相能力。

1 ?低勵限制動作特性與控制原理

經過多次低勵限制靜態試驗發現，不同運行工況下UNITROL6800型勵磁調節器低勵限制動作時的比例積分微分控制器（proportion integral derivative， PID）的輸出值基本是在[0.001，0.004]區間內，該型的勵磁調節器低勵限制動作特性是：當PID輸出值在[0.001，0.004]區間內時，低勵限制器動作，動作后，無功功率被限制回低勵限制的設定值，并保持穩定。

式中：KR6i為低勵限制器的穩態增益，可設置為1或0.5;Gain為低勵限制的動態校正增益;Q為發電機吸收的實際無功功率，單位p.u.;P為發電機發出的實際有功功率，單位p.u.;U為發電機實際的機端電壓，單位p.u.;Q（P）為當前有功功率下的低勵限制無功功率整定值，單位p.u.;Q2為在非額定電壓下修正后的低勵限制無功功率設定值，單位p.u.;Xd、Xq為發電機d軸、q軸同步電抗不飽和值，單位p.u.。

從式（1）可以看出低勵限制動作時的PID輸出值OPID與機端電壓、無功功率、有功功率、低勵限制穩態增益有關。

2 ?UNITROL6800低勵限制整定方法

2.1 ?傳統的低勵限制整定方法

根據行業標準要求，低勵限制曲線可以根據發電機允許進相程度和電力系統實際要求的進相程度來整定[6，7]。UNITROL 6800型勵磁調節器低勵限制定值由6組有功和無功組成，所有定值采用標幺值形式，以發電機額定容量SN為基準。在計算低勵限制曲線整定值時，只能改變無功功率部分數值，有功部分是0至1平均分配的6組數據，無法修改。

對于大型火力發電機組來說，開展進相試驗時，一般在有功工況分別為發電機的額定有功功率PN的100%、80%、60%的情況下進行，而低勵限制曲線的有功功率定值是額定容量SN的100%、80%、60%、40%、20%、0%，與進相試驗的有功功率不相符，因此需要通過插值法計算出低勵限制整定值[8]。如果進相試驗時，機組在額定有功功率PN的100%、80%、60%的進相深度分別為Q100%P、Q80%P、Q60%P，低勵限制曲線在視在功率的100%、80%、60%、40%、20%、0%時的定值分別為Q6、Q5、Q4、Q3、Q2、Q1，首先根據試驗工況中100%PN、80%PN的連接線計算低勵限制的無功定值Q6和Q5，計算方法為：

由于UNITROL 6800型勵磁調節器低勵限制只能修改無功定值，有功定值無法修改，因此整定的低勵限制曲線會與發電機進相能力曲線不完全匹配。

2.2 ?優化的低勵限制整定方法

如果考慮到UNITROL 6800型勵磁調節器低勵限制整定值與實際動作值存在一定的偏差，通過上述整定方法開展整定計算，會存在不同程度地限制發電機組進相能力發揮的情況，因此現有的低勵限制整定方法存在局限性。

為了保證低勵限制實際的動作曲線與進相能力曲線一致，最大限度發揮發電機進相能力，依據發電機進相能力曲線可以通過式（2）到式（5）計算出6個無功功率定值作為動作值，再根據UNITROL 6800型勵磁調節器低勵限制動作PID輸出表達式轉換成低勵限制定值，轉換公式可以通過式（1）推導出，轉換公式為：

式中：OPID取0.002 5（PID輸出值范圍的平均值）;P、Q、U分別取進相試驗時的有功功率、無功功率、機端電壓的實際值，單位p.u.;KR6i為低勵限制器的穩態增益，可設置為1或0.5;Xd、Xq為發電機d軸、q軸同步電抗不飽和值，單位p.u.。

3 ?案例分析

3.1 ?事件經過

某電廠#3機組在100%、80%、60%有功功率的工況下開展進相試驗時，均出現了低勵限制提前動作的情況。#3機組有功功率1 000 MW工況下，進相最深度為-7.3 MVar，調整有功至1 000 MW，無功至151.4 MVar，逐步減磁，但低勵限制動作值為-1.7 Mvar。其他工況下也出現了類似情況：800 MW下進相最深度為-127.0 MVar，低勵限制動作值為-94.2 MVar;600 MW下進相最深度為-216.0 MVar，低勵限制動作值為-179.9 MVar。試驗結果表明，低勵限制提前動作，限制了機組進相能力的充分發揮。

3.2 ?發電機技術參數

某電廠發電機技術參數如下：SN=1 166.7 MVA，P=1 000 MW，U=27 kV，cosφ=0.9，Xd=2.227 4，Xq=2.205 5，勵磁方式為靜止自并勵，額定轉速n=3 000 r/min，額定勵磁電壓Uf=470.8 V，額定勵磁電流If=5 210 A。

3.3 ?低勵限制定值優化分析

由于發電機組進相試驗有功工況與勵磁調節器低勵限制有功定值不一致，因此需要根據式（2）到式（5）計算出低勵限制6個有功功率點對應的無功功率值，將該值作為低勵限制的整定值?？紤]到UNITROL 6800型勵磁調節器低勵限制整定值與實際動作值存在一定的偏差，根據進相試驗時機端電壓的實際值，此時的無功定值、OPID輸出范圍，利用式（1）分別推算出6個有功定值對應的無功功率值，將該值作為整定值下的實際動作值，計算結果如表1所示，圖2是發電機組進相能力與通過公式計算出的低勵限制動作曲線。

由表1、圖2可以看出，用傳統的整定方法計算出的整定值與機組進相能力曲線接近，但推算出的結果表明不同有功功率下低勵限制均提前于進相能力曲線動作，這與實際進相試驗出現的情況一致，可以驗證出式（1）完全符合低勵限制的控制原理，可用于低勵限制無功定值對應的實際動作值的推算。

為解決機組進相能力不能充分發揮的情況，根據優化的整定方法對低勵限制定值進行優化，將利用傳統的整定方法計算出的Q整定值作為動作值，通過轉換式（6）計算出優化后的低勵限制定值。計算結果如表2所示，圖3是發電機組進相能力與低勵限制優化后的動作曲線。

經電網調度控制中心許可，再次開展進相試驗驗證低勵限制定值優化后的效果，試驗結果如表3所示。

由表3可以看出，低勵限制實際動作值接近進相能力曲線，滿足誤差要求，試驗過程中監視發電機電壓、500 kV母線電壓、10 kV廠用母線電壓、功角、定子鐵芯溫度、磁屏蔽溫度等參數，滿足安全運行要求，且有較大裕度，低勵限制定值優化后的效果保證了發電機進相能力的充分發揮。

4 ?結 ?論

本文通過分析UNITROL6800型勵磁調節器低勵限制控制原理、動作特性，探討了UNITROL6800型勵磁調節器低勵限制的整定原則，提出了考慮動作特性的優化整定方法，最后通過案例驗證了提出的優化整定方法的正確性和實用性。試驗結果表明采用該方法整定低勵限制定值可以解決發電機組進相能力不能充分發揮的問題，可為使用同類型勵磁調節器的電廠整定低勵限制定值提供參考。

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作者簡介：林躍（1994—），男，漢族，山東鄒城人，助理工程師，碩士，研究方向：發電廠繼電保護設備檢修維護;許偉（1982—），男，漢族，山東鄒城人，工程師，本科，研究方向：發電廠電氣專業技術管理;王麗麗（1995—），女，漢族，黑龍江哈爾濱人，助理工程師，本科，研究方向：發電廠集控運行。