背压发电机低励限制参数配置影响分析

背压发电机低励限制参数配置影响分析

马亚坤

国能宁夏灵武发电有限公司 宁夏灵武市  751400

摘要：由于发电机进相运行深度受到静稳定、额定定子电流、定子电压降低和定子端部发热等因素限制，需要对各类限制条件、功能配置和配合情况进行分析与验证，以确定其进相运行是否能满足国家规程规定。而励磁系统低励限制一般采用P－Q限制单元方式，发电机失磁保护采用阻抗特性方式，按照相关规程和标准，励磁系统低励限制功能应进行动、静稳定试验验证，且发电机低励限制的动作应先于失磁保护动作。

关键词：背压发电机；低励限制；参数配置；

引言

调节励磁电流是发电机控制器（GCU）实现控制起动发电机起动、发电及各种保护功能的重要方式。发电机控制器与飞机起动发电机配套运行，它使飞机上起动发电机调节点电压在全机设备工作负载及发动机转速不断变化的情况下保持稳定的数值，它是通过改变以一定频率工作在开关状态下的功率管的导通比来调节励磁电流，而达到电压恒定的目的，通过调节励磁电流使电枢电流在转速上升保持恒定，结合探测发电机端电压，形成闭环反馈，还能实现发动机起动，控制起动阶段的起动阶段力矩，以便顺利起动。

1背压发电机主要参数

接入电厂的背压发电机为隐极发电机，背压发电机等值电路为如图1所示。

图1背压发电机的等值电路

反压发电机组直接连接到电厂10 kV厂房的电力线，因为高压厂房短路阻抗百分比参数较高，主发电机和电网侧不能等同于无穷大系统。发电机进入系统后，等效电路如图1所示，主发电机与系统合并后左上角为发电机等效电路，Xc为等值发电机的内阻，对应计算公式为：其中：XT是短路阻抗的百分比-电压变化电路，X12是出厂开关高压侧与回发电机所在侧之间的阻抗，Xd是主发电机d轴的同步电阻。制约反压发电机组低励磁限值的主要条件有:静态稳定限值、功率角限值、磁损耗保护、定子电流限值和转子电流限值。

2欠励限制与失磁保护的配合

为校核发电机失磁保护功能及判据的合理性，以及是否符合实际生产要求，防止发电机进相运行时失磁保护误动作造成一定的不便，在发电机进相运行时，需考虑发电机失磁保护与励磁低励限制两者是否匹配，发电机励磁系统低励限制应先于失磁保护动作的要求，以达到在实际进相运行过程中，在不停机的情况下，以低励限制受限来限制其过度进相运行。

2.1欠励限制与失磁保护

欠励限制器的作用是在励磁系统励磁水平较低、机组无功进相到一定深度时，将励磁电流增至预设的最小值，防止励磁系统继续减少励磁，致使发电机达到静稳极限的励磁系统自动控制限制环节。失磁保护是发电机继电保护的一种。当发电机的励磁突然消失或部分消失，即发电机完全失去励磁，励磁电流将逐渐衰减至零;功角超过静态稳定极限角时，发电机将与系统失去同步。此时失磁保护动作于发电机出口断路器，使发电机脱离电网，防止发电机损坏和保护电网稳定运行。DL/T843－2021《同步发电机励磁系统技术条件》中规定:欠励限制的动作曲线应注意与失磁保护的配合，只有配合合理，才能可靠保证机组不发生失步解列故障。任何工况下，应保证欠励限制先于失磁保护动作。

2.2进相运行试验数据分析

发电机进相运行深度受到静稳定、定子电流、电压降低和定子端部发热等因素的限制，应对各类限制条件、功能配置和配合情况进行分析，以确定其进相运行时是否能满足国家规程要求。通过对该水轮发电机组不同工况下进行进相运行试验，以确定该发电机最大进相运行深度和受限条件。

2.2凸极发电机静态稳定区方程

发电机失磁保护整定基于Ｒ－X阻抗平面，为了观察配合关系，将失磁保护动作方程映射到P－Q平面。行业内讨论静态稳定圆的论文，大多数针对隐极发电机进行计算和讨论，因只考虑同步电抗Xd和联系电抗Xs，且有现成的静态稳定极限圆方程，计算相对简单。实际换算后，隐极发电机(Xd/Xq=1)与凸极发电机(Xd/Xq＞1)的静稳曲线很接近，都与欠励限制曲线距离较远，所以在讨论与励磁限制器的配合时，可以近似使用隐极机的静稳圆进行对比讨论，行业内也基本采用这个方法。

3发动机起动控制

飞机起动按钮通过发电机控制器起动控制输出点触发起动顺序，发电机控制器是控制起动发电机的重要部件，控制器控制电路中的励磁继电器晶体管及滤波器等元器件装配在发电机控制器壳体上，依靠自然对流即可散热，无安装要求。发电机控制器通常由3个印刷电路板组成，分别具有电压调节、均衡器、电流限制功能、磁场弱化电流功能、主接触器及起动接触器控制功能和控制盒自身的保护电路。发电机控制器提供起动信号，以自动复位发电机控制器内部励磁继电器，抑制馈线短路保护功能并通过串激绕组控制弱化磁场。起动电流敏感信号由发电机控制器接收，经电阻及运放比较器组成的控制电路进行比较，之后经三极管放大后送至场效应管栅极以进行励磁调节。当起动电流转速上升反向电势升高而需要下降时，调小励磁，使反向电势不随转速升高而增大，从而保持起动电流恒定，以顺利实现起动功能。磁场弱化功能用于改善发动机起动阶段的起动性能，通过串激绕组弱化定子磁场维持起动阶段的起动力矩，发电机控制器通过探测发电机上与力矩相关的电枢电流，通过电流比较器的动作控制磁场，达到磁场弱化的目的以维持最先的电枢电流，并且可以在更高的起动转速下维持扭矩以完成起动。

4定子电流限制与定子过负荷保护

定子电流限制的作用是当定子电流超过限制值后，为防止定子绕组过热，限制器开始热积累，定子电流限制器输出将改变电压调节器的参考电压。同时在定子热累积超过积分设定值后，输出增磁禁止信号。直至定子电流被调节至定子电流限制值，从而维持电网稳定和机组运行需求。定子过负荷保护为回路过流和过负荷保护，当负荷电流在对应值下持续对应时间时，保护动作跳闸，以保护发电机不被损坏及电网的稳定运行。

5过励磁保护

过励磁保护功能是当发电机控制器或并励电源控制电路故障时的保护功能，发电机控制器具有并励磁场的电压检测功能，检测电压震荡及换向模式是否正常，若检测电路探测到并励线圈过压未换向，根据并励磁场电路控制故障，将直接断开并励磁场继电器，使起动发电机去励磁并断开主接触器，当励磁电压达到规定电压值时，经过短暂延时，过励磁保护功能将被激活。

6电流限制

发电机控制器电流限制电路探测发电机的电压，通过控制励磁电流来控制发电机发电电流，防止起动发电机出现过流故障，过流故障易引起发电机过热而损坏起动发电机，当测量点对地电压高于设定的电压值时，将启动电流限制功能，控制励磁电流，使起动发电机降低电流输出。

结束语

分析了低压发电机接入磁化损耗保护和变压发电机实际运行限制的安全限制方面。计算结果为低压发电机的输入运行和低励磁阈值参数的配置提供了参考。通过对电厂不同设备相关功能及定值进行验证，可有效防止单个设备定值整定错误现象，避免了人为原因造成不必要的非停事故的发生。为保证机组能够安全、可靠运行提供必要的技术支撑，为今后的发电机相关定值参数的整定发展提供参考借鉴。

参考文献

[1]钟建,阳彪,陈纳强,曾恕嘉,沈伟,夏运超.某水轮发电机最大进相深度的限制条件与失磁保护验证[J].水电与新能源,2022,36(04):54-57.

[2]王刚,赵利民,廉永.背压发电机低励限制参数配置影响分析[J].电力安全技术,2022,24(03):11-13.

[3]梁浩,谢欢,吴涛,艾东平,贾琳,刘思宇,张广韬.发电机组低励限制稳定裕度实测评估方法[J].电网技术,2022,46(03):1142-1148.

[4]刘冲冲.浅谈发电机励磁的低励限制调整[J].信息技术与信息化,2018(10):150-152.

[5]肖明,孙承海,罗敏,汪凤月,李绚绚.发电机失磁保护与低励限制配合策略研究[J].山东电力技术,2018,45(02):49-51+65.