摘要：发电机励磁系统在功能上配置了完善的励磁电流、发电机电压、发电机低励与过励等相关的限制及相应的保护单元，而发变组保护装置亦配置有发电机过电压、过激磁、失磁、励磁绕组过负荷等保护功能。对两者参数定值整定时，应根据机组的设备参数、运行方式及条件，优化整定励磁调节器与发变组保护装置的参数与定值，使两者紧密合理配合，保障机组的安全、稳定运行。
关键词：发变组保护；励磁系统；限制保护；整定配合
Analysis of combination of excitation restriction
and generator protection in power plant
Zhao xiaoqian
Datang Baoji Thermoelectric Power Plant Baoji，Shanxi 721300，China
ABSTRACT：The generator excitation system is functionally equipped with perfect excitation current，generator voltage，generator low excitation and overexcitation and other related restrictions and the corresponding protection unit，and generator group protection device is also equipped with generator overvoltage，overexcitation，loss of excitation，excitation winding overload and other protection functions.When setting and setting the parameters of the two units，the parameters and setting values of the excitation regulator and the generator group protection device shall be optimized according to the equipment parameters，operation mode and conditions of the unit，so as to ensure the close and reasonable cooperation between the two and ensure the safe and stable operation of the unit.
KEY WORDS：generator protection，excitation system，limiting protection，setting coordination
0 引言
要求 “励磁调节装置的各项限制和不正常运行时的调节通道切换应与发电机变压器组继电保护协调”，励磁系统在功能上配置了完善的限制、保护单元，包括过励限制、低励限制、V/F限制、过电压保护等。而发变组保护中亦配置了励磁绕组过负荷、失磁保护、过激磁保护及发电机过电压保护等与励磁系统相关的保护。因此励磁系统定值参数应根据系统异常运行工况与发变组保护定值配合，充分利用励磁系统的限制功能，保障机组安全、稳定运行。
1 电压限制与过电压保护的配合
根据《DL/T 684 2012大型发电机变压器组继电保护整定导则》中“对于200MW及以上汽轮发电机其定值取1.3倍额定电压，时间取0.5 s；动作于发电机解列灭磁”，因此，发变组过电压保护定值一般取1.3 Ue，延时0.5 s。
励磁系统电压限制单元定值一般整定为1.1 Ue，过电压保护单元定值整定为1.3 Ue，延时可取0 s。当空载过程中励磁调节器故障或失控，造成发电机电压上升，首先调节器的限制单元动作，将机端电压限制在110% Ue范围内；若限制失败，当机端电压达到130% Ue时，调节器过压保护单元动作，逆变灭磁，联跳发变组；若失败，则经0.5 s延时，发电机过电压保护动作。
为防止调节器过电压保护单元在并网后误动，建议发电机并网后自动退出调节器过电压保护单元，由发变组过电压保护作为发电机并网后的过电压保护。
2 低励限制与失磁保护配合
2.1 低励限制与失磁保护配合的目的
运行中的发电机组，由于某种异常的突发状况（励磁系统故障，转子回路发生短路、转子回路灭磁开关误跳等），导致励磁电流急剧降低，发电机感应电势Ed降低，电磁转矩小于原动机转矩，转子加速，功角变大，当功角大于静稳极限功角时，发电机失稳，转入异步运行。在这个过程中，会伴随一系列的现象：机组从系统中吸收大量无功、励磁电压急剧降低、机端电压也会相应降低，等等。
为了避免上述工况的出现，就设置了低励限制（励磁）与失磁保护（发变组）。
2.2 低励限制与失磁保护配合的实现
1）欠励限制曲线的整定
进相试验未做。按照标准中的规定，机组在0有功的工况下，进相深度应不小于视在功率的30%。现场整定时可留有裕度，按10%~20%Sn来整定；
进相试验已做。按照调度下发的欠励限制曲线来整定。
2）失磁保护参数的整定
整定原则：“阻抗圆判据”+“低电压判据”+“无功反向判据（进相无功）”
2.3 失磁保护判据
2.3.1 阻抗圆判据：通过实时测量发电机机端的阻抗变化轨迹，判断发电机当前的运行状态，分为异步阻抗圆判据和静稳极限阻抗圆判据两种。
对于火电机组，由于其大都是坐落在城镇郊区，位于负荷中心，与系统联系较为紧密，为了避免误切，宜采用异步阻抗圆，最大限度的提升机组对系统电压的支撑能力；
对于水电机组，一方面它们大都位于山区，远离负荷中心；另一方面水轮机组的调速系统往往不如火电机组调速器那么灵敏，时间常数大，在进相运行时相比火电机组更容易失步，因此宜采用静稳极限阻抗圆，最大程度上避免因失步导致系统电压崩溃。
2.3.2 低电压判据：分为转子低电压判据和机端低电压判据
2.3.2.1 转子低电压判据：又分为恒定励磁低电压判据与变励磁低电压判据。
对水轮机和中小型汽轮发电机，宜采用恒定低电压判据。（某发变组保护在火电机组上的恒定低电压判据一般设为50%Unld）
对大型汽轮发电机，整定值偏大，宜采用变励磁电压判据：
按静稳极限条件（如汽轮发电机的功角90度），输出一定的有功功率，应有相应的励磁电压Ufd，具体的动作判据：
2.3.2.2 机端低电压判据（有些保护系统又分为系统低电压判据与机端低电压判据）
系统低电压判据：防止由发电机低励失磁故障引发无功不足导致系统电压崩溃。
机端低电压判据：防止由发电机低励失磁故障引发厂用电崩溃。
2.3.3无功反向判据：即进相无功判据，目前南瑞发变组保护中该参数一般设置为Pn的10%。其参数整定类似于励磁系统中的欠励限制，但设置的进相深度较小，在机组失磁的过程中，这个条件很容易满足。
总结：失磁保护判据所有的逻辑都是以阻抗圆判据（异步圆或静稳圆）为基础，然后根据机组实际情况再辅以低电压（转子低电压、机端低电压）判据。无功反向判据（进相无功）因最容易满足，所以在失磁保护参数核算中不作为重点进行核查。
3 V/F限制与过激磁保护的配合
V/F限制与过激磁保护配合的背景：发电机或变压器会由于电压升高或者频率降低而出现过激磁。
发电机线圈绕组铁芯是硅钢片制作而成，这种铁磁性材料有一个极限的磁感强度，一旦达到或超过这个强度，电流的增加所引起的铁芯磁感强度的增加量很小。当机端电压升高时，励磁电流增加，导致铁芯趋近于饱和；当机组频率降低时，电势随之降低，AVR的模式下为了维持电压恒定，磁感强度也会增加趋近于饱和。
过激磁常出现在机组未与系统并列的工况下，如突然甩负荷、原动机转速由于某种原因降低、机组开机过程中在转速未达到额定之前就投励磁建压至额定等工况，为了避免这种情况，要设置V/F限制与过激磁保护。
4 结论
励磁自动控制与发变组继电保护在电力系统中具有重要地位，两者在定值或参数设定方面要求具有良好的配合性能，充分发挥励磁系统限制单元及保护单元功能，保障机组及电网安全、稳定运行。
参考文献：
[1]DL/T 650-1998 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件[S].北京：中国电力出版社，1998.
[2]GB/T 7493-2007 同步电机励磁系统大中型同步发电机励磁系统技术要求[S].北京：中国标准出版社，2007.
[3]DL/T 684-2012 大型发电机变压器继电保护整定计算导则[S].北京：中国电力出版社，1999.
作者简介：
赵晓倩（1987），大学本科，工程师，现从事大型发电机组继电保护维护工作.
论文作者:赵晓倩
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/7/9
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