励磁系统调节限制与发变组保护配合分析

励磁系统调节限制与发变组保护配合分析

周雨奇

华能南通电厂 江苏省 南通市 226000

摘要：现代电力设备中，励磁系统作用突出，不断变化的用电情况则对发变组的保护能力提出了一定要求。基于此，本文就发变组保护与励磁系统限制及保护功能配合进行分析，将其拆分为过励限制与转子过负荷保护的配合、发变组过激磁保护与V/HZ限制的配合、失磁保护与低励限制的配合三个方面，分别给出相关理论和实践内容，以期通过分析明晰实际状况，为具体工作提供参考。

关键词：发变组保护；励磁系统；过激磁保护；失磁保护；转子过负荷保护

励磁系统是为同步发电机及其附属设备提供励磁电源的系统，通常由励磁调节器和励磁功率单元组成，励磁调节器根据输入信号和给定的调节目标控制励磁功率单元的输出，励磁功率单元向同步发电机转子提供励磁电流。现代工业生产和社会活动中，发变组的工作环境日益复杂，存在过激磁、转子过负荷、失磁等情况，影响实际工作，在发变组保护中配有相应的保护功能来反应各种故障和异常工况。同时励磁系统也配置有相应的限制功能，达到先限制后跳闸的目的，二者的保护功能配合也因此日益引起重视，分析相关内容有一定的实际意义。

1.过励限制和发电机转子过负荷保护的配合

发电机运行过程可能会因为各种各样的原因造成励磁电流的异常上升，而发电机对励磁电流的异常上升是有一定的承受范围的，超过了发电机的承受能力，将造成发电机转子绕组的损坏。为此励磁系统中需配置过励限制，用于限制励磁电流的异常上升，发变组保护中配置相应的转子过负荷保护，当励磁系统的过励限制器失效时，由发变组保护中的转子过负荷保护动作于跳闸，切除故障，保障发电机设备安全。

励磁系统过励限制可整定为反时限特性，为与转子过负荷保护相配合，反时限启动值应小于发电机转子过负荷保护的启动值，反时限曲线应与转子反时限过热特性曲线匹配，并留有一定裕度。

转子过负荷保护通常分为定时限和反时限两部分。定时限的动作电流按照正常运行的额定励磁电流下能可靠返回来整定，保护出口方式为信号，有条件的可动作于降低励磁电流或切换励磁。反时限过电流倍数与相应允许持续时间的关系曲线由制造厂家提供的绕组允许的过热条件来整定。反时限定值有上限电流标幺值和下限电流标幺值。最大动作时间对应的最小动作电流，按与定时限过负荷保护配合的条件整定。反时限动作特性的上限电流与强励定值倍数匹配。

过励限制与转子过负荷保护和转子反时限过热特性曲线匹配的前提下应协调整定，充分发挥励磁系统过励运行能力，其中发电机转子反时限过热特性曲线应满足标准DL/T1309-2013附录C的要求。

2.发变组过激励保护与V/HZ限制的配合

过激励是指主变压器和同步发电机中的定子铁芯过激磁，可能导致电流增加，造成过热问题，并进一步损坏设备，过激励保护的主要作用是对定子铁芯过激磁进行控制，避免设备被损坏。一般在发电机出口V/HZ值较高时，主变压器和发电机定子铁芯会出现过激磁的状况，过激磁限制器向AVR综合放大回路输出降低励磁的调节信号，由励磁调节器进行动作，避免过热。

当发电机与变压器间无断路器时，其整定值按发电机或变压器过激励能力低的要求整定，而相同系统中的变压器过激励能力一般是高于发电机的，励磁调节器中V/Hz限制值则往往不会高于发电机的过激励定时限保护定值，来自励磁调节器的V/Hz保护与发电机的保护动作相对应，从而确保电压和频率较发电器允许的最大值略小、且大于最小值，使系统处于安全工作状态中。在发变组过激励保护与V/Hz限制的配合中，需要额外注意励磁调节器判断的精确性、反应的灵敏度，一般要求励磁调节器和发变组保护精度接近一致，且误差均满足要求。同时，如果V/Hz限制无效或者无动作，可以启动相应的发电机过激磁保护，保证发变组工作安全。

3.失磁保护与低励限制的配合

励磁系统的核心是励磁绕组，一般为金属材料制成，在长期的工作中，可能出现材料老化、破损或者物理破坏，导致励磁系统性能下降，严重者可能导致失磁，所谓失磁，是指发电机的励磁突然消失或部分消失。除了老化问题、物理破坏之外，转子绕组故障、励磁机故障、自动灭磁开关误跳闸、及回路发生故障等都可能导致失磁。V/HZ限制是指电压、频率限制，在失磁的情况下，发电机不但不能向系统送出无功功率，而且还要向系统吸取无功功率，将造成系统电压下降。为了供给失磁发电机无功功率，可能造成系统中其它发电机过电流。

失磁保护一般以机端测量阻抗为判据，当同步发电机出现失磁问题后，测量阻抗的轨迹沿着等有功阻抗圆进入第四象限，随着失磁的发展，当阻抗达到静稳边界后，会进入异步边界继续运行。鉴于以上情况，失磁保护可整定为静稳圆或异步圆，在负荷中心，系统等值阻抗小的宜选用异步边界阻抗圆；远离负荷中心，系统等值阻抗大的宜选用静稳极限阻抗圆。整定依据是主变电抗、系统电抗以及发电机同步电抗值。

在励磁系统中一般设置有低励限制功能，防止发电机进相运行过深，超出发电机承受能力，通常低励限制定值应与发电机P-Q相配合，并通过进相试验加以确定。总的要求是：低励限制应与失磁保护协调配合，遵循低励限制先于失磁保护动作的原则，低励限制线应与静稳极限边界配合，且留有一定裕度。保护装置中的失磁保护一般为阻抗或导纳形式，励磁系统中的定值为有功、无功的形式，验证二者的配合关系时需要将其换算至同一坐标系中，一般为P-Q坐标，以便得出正确结论。

4.实例分析

某厂发电机保护西门子7UM6225型保护装置，励磁系统为美国GE公司产品，发电机为哈尔滨电机厂制造的QFSN-600-2YHG型三相同步发电机，额定功率为600MW，额定电压20KV，额定电流19245A。由于西门子的失磁保护采用导纳原理，整定后其动作特性为直线，并非国内常见的阻抗圆特性，使其不能按照常规的定值计算方法进行整定，与励磁调节器的低励限制配合存在困难。为满足调度对涉网保护配合的要求和发电机安全运行的实际需要，在进行失磁保护的定值计算时采用了逐渐逼近的方法。

7UM6225型保护装置的失磁保护提供了3个独立的低励特性，1/xd与倾角可分别整定。按照厂家推荐的计算方法算出的定值为λ1=0.33α1=80°λ2=0.30α2=90°，若按此整定，低励限制和失磁保护都在发电机P-Q曲线允许之内，但有1个比较点失磁保护Q值比低励限制值Q值高，显然不合理。在多次计算验证后，确定λ1=0.33α1=85°λ2=0.30α2=90°为最终定值。即可满足低励限制和失磁保护之间的配合关系，又符合发电机的运行曲线，保证了机组的安全。

总结：通过分析发变组保护与励磁系统限制及保护功能配合，了解了相关理论内容。总体来看，发变组的工作安全受到多重因素影响，设法利用励磁系统进行保护、使发变组保护和励磁系统限制实现配合动作非常必要。上文就过励限制和发电机转子过负荷保护的配合、发变组过激励保护与V/HZ限制的配合、失磁保护与低励限制的配合进行了探讨。深入了解上述理论，有助于提升发变组保护的成效，优化后续工作。

参考文献：

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