李昊洋
大唐鲁北发电有限责任公司 256600
摘要：目前，我国的经济在快速发展，社会在不断进步，为验证励磁系统限制和发电机保护的配合合理性，加强发电机组的安全稳定运行，以实际机组为实例，对励磁调节器设置的磁场电流限制和发电机转子过负荷保护、定子电流限制和发电机定子过负荷保护、欠励限制和发电机失磁保护、伏赫兹限制和发电机及主变的过激磁保护进行了匹配性分析和计算，对于定值不匹配的励磁限制和发电机保护提出了合理的建议并给出了具体的整定方法，使得在发电机安全运行允许范围内，最大限度发挥发电机组过载能力的同时，确保励磁先动、保护后动，并且均在发电机允许极限能力范围内。
关键词：励磁限制；发电机保护；匹配性分析
引言
对于发电机失磁故障，《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》(DL/T684—2012)描述了发电机失磁故障发生后的系统的特征量、发电机失磁后造成的危害。对于失磁保护的整定，提出阻抗动作边界映射至P－Q平面的方法，确定发电机失磁故障时功率动作边界。对于失磁保护和低励限制的配合，对发电机失磁保护和低励限制之间的配合整定计算问题进行深入研究，并进行系统总结，以指导二者的配合整定计算。以上文献对电力企业的发电机整定和配合具有一定指导作用，但未就具体的保护装置应如何进行整定配置予以详细说明，在实际的工程应用中，要结合现有的保护装置进行整定。文章结合炼化企业自备发电厂的典型继电保护和自动调节励磁装置配置，介绍了励磁系统保护动作的条件和工程实际应用中的整定方案以及保护之间的配合关系。以某炼化企业自备发电厂6号汽轮发电机为例，对其励磁系统进行研究，其具体配置如下:发电机型号QF－125－2，发电机额定容量147.1MVA，定子绕组额定电流为6154.4A，转子绕组额定电流1325A，发电机保护采用SEL300G微机保护装置，双重化配置，励磁系统采用励磁变静止励磁方式，励磁调节装置采用ABBUNITＲOLF微机静态励磁调节装置。
1整定原则
过励限制器启动定值应低于发电机励磁绕组过负荷保护，同时绕组过负荷保护还应满足强励动作的时间要求。励磁变过流保护一般以强励顶值电流作为基准进行整定，故不赘述。在进行保护整定时，应将转子绕组电流换算到交流侧。以该电厂为例，励磁过负荷保护量取自励磁变低压侧，变比5000/1，整流系数0．816，转子额定电流3692A，基准电流值Ijz=保护启动电流定值为0．7A，约1．17Ifn，过励限制器动作定值为1．075Ifn，可见两者关系是恰当的。当转子过流达到限制器启动定值后，过励限制器动作计时，计时结束后动作于降低机端电压以限制转子电流。过励限制器允许转子电流短时达到顶值电流，以便允许发电机在系统线电压迅速降低的情况下保持电网的稳定。此时强励限制动作并启动计时，延时达到允许强励时间20s时，励磁系统会启动灭磁程序。实际上，此时励磁绕组的过负荷保护也会动作，因为在保护整定时，转子绕组过热常数C一般是参照强励允许运行时间及强励倍数来整定的。当强励倍数2倍，允许运行时间20s时，参照公式(1)可得C=56．89。
2励磁系统限制和发电机保护的匹配性分析
2.1整定后匹配性
根据保护整定方案，取13个关键参数点的磁场电流限制和励磁绕组过负荷保护及允许能力数据，可见磁场电流限制先于保护动作，且二者都在发电机转子允许过电流能力范围内，配置合理。励磁变配置了电流速断保护和过流保护，这2段电流保护均取自励磁变压器高压侧TA电流，TA变比为100／1，其中速断保护定值按照低压侧两相短路故障电流整定为4.1A，延时0.3s全停。过流保护躲过2倍强励来整定为1.2A，延时0.6s全停。
2.2励磁调节装置低励保护的整定要求
发电机失磁指的是发电机磁极剩磁很弱或没有，在旋转过程中建立不了励磁电压，失磁时发电机没有电压输出。而发电机低励是指发电机有励磁电压，只是电压低，达不到要求，是发电机的一种非正常运行状态。在低励情况下发电机输出的电压比额定电压低一些。发电机低励运行，其定、转子间磁场联系减弱，发电机易失去静态稳定。为了确保一定的静态稳定裕度，励磁调节系统在设计上均配置了低励限制回路，即当发电机一定的有功功率下，无功功率滞相低于某一值或进相大于某一值时，在励磁调节装置综合放大回路中输出一增加机端电压的调节信号，使励磁增加，起到保护作用。在发电机励磁电流减小直至失磁的过程中，励磁调节装置的低励限制保护应首先动作，如未起到限制作用，则应切到备用通道;如切到备用通道仍然未能起限制作用，则应该由失磁保护判断后动作停机。低励限制单元应先于失磁保护动作，以满足低励限制和失磁保护的整定配合，这是对低励限制整定的基本要求。
2.3低励限制器
到达低励限制值时，发出报警同时不再接收减磁指令，从而保证发电机的安全稳定运行。在低励限制定值的整定上应以能够满足发电机正常进相运行的需要，同时又不能使发电机失步或失磁保护误动为基准。
2.4过励磁保护及励磁限制器
同发电机低励磁一样，过励磁也是发电机的一种非正常运行状态，当发电机发生过励磁时，铁芯的工作磁密升高导致其出现饱和使得铁损增加。铁芯饱和还会使漏磁场增强，漏磁通在穿过铁芯表面和相应结构件中引起的涡流损耗也相应增加。由这些附加损耗引起的温升有可能导致发电机绕组绝缘的损坏。因此励磁调节系统在设计上均配置了过励磁限制器，在发电机过励磁时起到限制励磁和保护发电机的作用。过励磁限制器在正常情况下是不参与自动励磁控制的，而当发生异常运行工况，投入某些特殊的限制功能，对提高励磁系统的响应速度、提高电力系统稳定及保护一次设备的安全运行有重要作用。过励磁电流限制器由最大励磁电流瞬时限制和反时限延时过励磁电流限制两部分组成，其整定与发电机转子绕组发热特性相互配合。当电力系统发生短路故障导致母线电压降低时，为了提高电力系统的稳定性，应迅速将发电机励磁增加到最大值进行强励。最大励磁电流限制瞬时动作，用于限制发电机励磁电流的顶值，防止超出允许的强励倍数，避免励磁功率单元和发电机转子绕组超限制运行而损坏。反时限延时过励磁电流限制主要的功能为最大励磁电流延时限制，按发电机转子容许发热极限曲线对发电机转子电流进行限制，防止发电机转子绕组因长时间过流而过热。受转子绕组发热的限制，当强励时间超过允许时间，励磁电流仍不能自动下降，反时限延时过励磁电流限制应动作退出强励，自动将励磁减小到最大允许值附近。
结语
发电机励磁系统限制设置的目的是为防止发电机在进入不正常工作状态后造成失磁保护误动作，增强机组应对特殊工况的能力，欠励限制应先于失磁保护动作，进而更好的促进发电机及电网的安全稳定运行。本文对欠励限制与失磁保护在各判据及各系统方式下的配合方法进行了研究，对于水电厂发电机励磁系统欠励限制参数及失磁保护定值的设置具有参考意义。
参考文献
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