摘要：发变组保护与励磁系统是发电厂继电保护中重要的一部分，同时也是继电保护整定计算的重点、难点所在。发变组保护与励磁系统限制的合理配合、整定，关系到机组、电网的安全稳定，同时也是网源协调参数核查中的重要部分。通过对本厂继电保护的整定计算，分析阐述了发电机失磁保护与励磁系统低励限制、发电机转子过负荷保护与励磁系统强励限制、发变组过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制、发电机定子绕组过负荷保护与励磁系统定子过电流限制的配合关系，对其它发电企业的网源协调参数核查、励磁和发变组保护装置的整定计算、配合、校核有着较好的参考意义。
关键词：网源协调；励磁限制；发变组保护
大型发电机继电保护装置中配有失磁、励磁绕组过负荷和发电机过励磁保护，在低励、励磁绕组过流、发电机过励磁等异常运行方式下保护发电机。自动励磁调节器（AVR）通过调节、限制、切换等手段，对发电机起到限制和保护的作用。当超过发电机允许的正常工作状态到达一定程度时，励磁调节器的限制器应首先动作，将异常状态迅速拉回至正常状态，如仍不能把发电机拉回正常的工况，到达发电机保护动作值时，机组停机。
1、低励限制与失磁保护的配合
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、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。发电机保护中的失磁保护，是当发电机失磁越过静稳极限后机端测量阻抗从等有功圆越过静稳圆进入异步圆，机组进入不稳定工作区时动作停机。励磁调节器中低励限制的作用是：当励磁电流下降到限制值时，限制励磁电流下降或增加励磁电流，使机组不越过静稳极限。
失磁保护、低励限制相互配合的依据为：在P/Q平面上失磁保护阻抗圆处在低励限制线的下方，并保持一定的裕度。
1.1 发变组失磁保护定值的整定
安阳电厂#9发电机100MVA下标幺值电抗：
Xd′=0.3456Ω，Xd =2.264Ω
根据失磁保护公式：
圆心：（0，（Xd′/2+ Xd）/2）
半径：（Xd- Xd′/2）/2
#9机失磁保护异步阻抗圆方程为：R2+（X+1.22）2=1.052
1.2 调节器低励限制定值整定
欠励限制动作曲线是按发电机不同有功功率静稳极限及发电机端部发热条件确定的。由系统静态稳定条件确定进相曲线时，不能超过制造厂提供的P-Q运行曲线[1]。根据#9机进相试验结果得调节器低励限制定值。
1.3 配合计算
由于低励限制是根据静态稳定极限圆并结合系统无功储备整定的，在P-Q平面上计算的，而阻抗性失磁保护是在发电机机端R-X平面上计算的，验证两者之间的配合关系，必须将两者归算在同一平面下进行。
因为：R2+X2=Z2=（U/I）2
X=Usinφ/I
U4+2.44U2Usinφ+0.39U2I2=0
U2I2=U2I2sin2φ+U2I2cos2φ=P2+Q2
代人上式得：
U4+2.44U2Q+0.39（P2+Q2）=0
将失磁三相低电压定值为U=16KV代人上式
得出发电机失磁保护异步圆动作方程：P2+（Q+794）2=6792
圆心（0，-794），半径679。发电机在圆外是稳定的，圆内为动作区。
绘出发变组失磁保护与低励限制曲线对比关系，异步边界失磁判据动作在低励限制线之后动作。
2、励磁过负荷保护与调节器强励限制的配合
在发变组的继电保护装置中，发变组励磁绕组过电流保护采用转子电流，动作后作用于停机；励磁调节器有励磁过电流限制和保护两种功能。在转子过流时，励磁调节器限制首先动作，当限制失败时，由发变组保护动作于跳闸。
2.1 两种设备的热容公式
#9机RCS-985型发变组保护励磁绕组反时限过负荷公式为：，式中Ijdz为发电机励磁基准电流二次值。励磁系统为三机励磁，NES-5100型调节器过励限制反时限公式为：，式中Ijz为主励磁机励磁基准电流。
2.2 定值整定
2.2.1 主励磁机额定励磁电流的选取
在实际设备配置过程中，为保证机组强励，主励磁机的容量配置偏大。在励磁绕组热容公式中Ijz不能选取主励磁机励磁电流铭牌值，而以发电机额定额定励磁电流下的励磁机磁场电流值为基准值。
2.2.2 转子绕组过热常数的确定
转子绕组过热常数C由东方电机制造厂提供的励磁机绕组允许强行励磁倍数和运行时间确定。由于过励反时限特性与发电机转子绕组过负荷保护公式不同，要满足二者之间留有2S极差。C值可选取不同。
2.2.3 启动电流的配合
过励反时限启动值小于发电机转子过负荷保护启动值，一般为105%-110%发电机额定磁场电流。
2.3 发变组过励反时限与调节器强励反时限定值整定
（1）反时限动作特性的上限电流与强励定值倍数匹配：
在发电机增容改造后，发电机转子的冷却能力并没有增强，在计算转子过负荷能力时，发变组增容前后额定电流应折算。
根据东方电机厂提供的发电机转子绕组过负荷能力曲线，强励定值倍数为额定电流下2倍10S，折算至增容后额定电流下强励定值倍数为2203/2308=1.98倍10S。
取Ijdz=1.05Ie，由发变组保护励磁绕组反时限过负荷公式，C=25.56
（2）反时限动作特性的下限电流Iszd按与定时限保护配合的条件整定：
Iszd=Kco*Iop=1.05*1.05Ie，式中，Ie为发电机额定励磁电流二次值。
调节器强励反时限定值：转子电流长期容量倍数：1.05 Pu，转子电流短时时间：10S，转子电流短时容量倍数：1.98Pu，Pu为Ijz基准下的标幺值。
3、发变组过励磁保护与调节器V/F限制定值的配合
发变组的过励磁保护应与励磁调节器的过励磁限制配合，当发变组过励磁时，励磁调节器的限制应先于发变组的过励磁保护动作，即励磁调节器的过励磁限制倍数n应小于反时限过励磁保护的最低n值。
调节器V/F限制定值：当频率为50HZ时，限制机端电压不超过1.06倍额定值；当频率低于47.5HZ时，限制器动作减磁降低电压；在频率低于45HZ时动作于逆变灭磁。
3.1定子过电流限制与定子过负荷保护的配合 当发电机有功功率增加、滞相无功或进相无功增加时，发电机定子电流会相应增大，为了避免发电机定子绕组因电流过大而产生热量过多，损坏发电机定子绕组，有必要设立定子电流限制与保护功能。
南瑞NES-5100型励磁调节器发电机定子过流限制的动作原理与强励限制类似：励磁装置自动检测发电机定子电流，当发电机定子电流超过过流反时限启动值时，励磁装置依据定子电流的大小和过电流时间进行热量累计计算，当热容量超过发电机定子绕组允许的热容量后，限制动作，励磁系统自动减小励磁电流，当发电机无功电流接近于0时，此时将闭锁定子电流限制的输出，即应设定合适的无功死区。此时应该减少有功负荷来降低定子电流。
3.2伏赫兹限制与过激磁保护的配合
发电机运行时，机端电压和发电机频率的比值有一个允许安全工作范围，当电压和频率的比值超过安全范围后，容易导致发电机及主变过激磁和绕组过热的现象，因此当伏赫兹比值超出了安全范围时，必须对发电机机端电压的幅值进行限制，控制发电机机端电压随发电机频率变化而变化，维持伏赫兹比值在允许的安全范围之内。
在国家能源局颁布的《大型汽轮发电机励磁系统技术条件》（DL/T 843-2010）中6.5.11规定：自动电压调节器的伏/赫兹限制特性应于发电机及主变压器的过激磁特性相匹配，应具有定时限和反时限特性，发电机动态过程的励磁调节应不受电压/频率比率限制单元的影响。反时限特性宜采用非函数形式的多点表述方式，应与过激磁保护的定时限和反时限特性配合，遵循伏赫兹限制先于过激磁保护的原则。
4、结语
本文通过发变组保护定值和励磁调节器的限制值的整定计算，阐述了发变组失磁保护与调节器低励限制、励磁机过负荷保护与调节器强励限制、以及发电机过励磁保护与调节器V/F限制定值的配合要求，希望能够对整定人员有所启示。
参考文献：
[1]DL/T1684大型发电机变压器继电保护整定计算导则.中国电力出版社，2010，23
[2]DL/T843大型汽轮发变组交流励磁机励磁系统技术条件.中国电力出版社，2011，12
论文作者:魏征
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/27
标签：励磁论文; 发电机论文; 电流论文; 调节器论文; 绕组论文; 定子论文; 时限论文; 《电力设备》2018年第29期论文;