發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)與勵(lì)磁系統(tǒng)伏赫茲限制配合關(guān)系的研究

發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)與勵(lì)磁系統(tǒng)伏赫茲限制配合關(guān)系的研究摘要：發(fā)變組保護(hù)與勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電廠繼電保護(hù)中重要的一部分，同時(shí)也是繼電保護(hù)整定計(jì)算的重點(diǎn)、難點(diǎn)所在。發(fā)變組保護(hù)與勵(lì)磁系統(tǒng)限制的合理配合、整定，關(guān)系到機(jī)組、電網(wǎng)的安全穩(wěn)定，同時(shí)也是網(wǎng)源協(xié)調(diào)參數(shù)核查中的重要部分。本文通過(guò)對(duì)某火力發(fā)電公司的2×350MW機(jī)組的繼電保護(hù)整定計(jì)算，分析闡述了發(fā)變組過(guò)激磁保護(hù)與勵(lì)磁系統(tǒng)伏赫茲限制的配合關(guān)系，對(duì)發(fā)電企業(yè)的勵(lì)磁和發(fā)變組保護(hù)裝置的整定計(jì)算、配合、校核有著較好的參考意義。關(guān)鍵詞：過(guò)激磁保護(hù)、伏赫茲限制、配合1引言發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，機(jī)端電壓和發(fā)電機(jī)頻率的比值有一個(gè)允許安全工作范圍，當(dāng)電壓和頻率的比值超過(guò)安全范圍后，容易導(dǎo)致發(fā)電機(jī)及主變過(guò)激磁和繞組過(guò)熱的現(xiàn)象，因此當(dāng)伏赫茲比值超出了安全范圍時(shí)，必須對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的幅值進(jìn)行限制，控制發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓隨發(fā)電機(jī)頻率變化而變化，維持伏赫茲比值在允許的安全范圍之內(nèi)。在國(guó)家能源局頒布的《大型汽輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)條件》（DL/T843-2010）中6.5.11規(guī)定：自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的伏/赫茲限制特性應(yīng)于發(fā)電機(jī)及主變壓器的過(guò)激磁特性相匹配，應(yīng)具有定時(shí)限和反時(shí)限特性，發(fā)電機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程的勵(lì)磁調(diào)節(jié)應(yīng)不受電壓/頻率比率限制單元的影響。反時(shí)限特性宜采用非函數(shù)形式的多點(diǎn)表述方式，應(yīng)與過(guò)激磁保護(hù)的定時(shí)限和反時(shí)限特性配合，遵循伏赫茲限制先于過(guò)激磁保護(hù)的原則。2發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)和系統(tǒng)伏赫茲限制分析2.1過(guò)激磁保護(hù)的原理發(fā)電機(jī)(變壓器)會(huì)由于電壓升高或者頻率降低而出現(xiàn)過(guò)激磁，如與系統(tǒng)并列運(yùn)行的變壓器，由于分接頭連接不正確，使變壓器的電壓過(guò)高引起過(guò)激磁。對(duì)于升壓變壓器的過(guò)激磁，大多數(shù)在未與系統(tǒng)并列的情況下發(fā)生，主要原因有：發(fā)變組在與系統(tǒng)并列之前，由于操作上的過(guò)失，誤加了較大的勵(lì)磁電流;發(fā)電機(jī)起動(dòng)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子在低速下預(yù)熱時(shí)，由于操作上的過(guò)失，誤將發(fā)電機(jī)電壓上升到額定值，使變壓器由于頻率低而產(chǎn)生過(guò)激磁;在切除機(jī)組的過(guò)程中，主汽門關(guān)閉，出口斷路器斷開(kāi)，而滅磁開(kāi)關(guān)拒動(dòng)，此時(shí)原動(dòng)機(jī)減速，但自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置力求保持機(jī)端電壓為額定值，從而使變壓器因頻率降低而引起過(guò)激磁。事實(shí)上，正常情況下突然甩負(fù)荷也要引起相當(dāng)嚴(yán)重的過(guò)激磁。因此，大容量變壓器應(yīng)裝設(shè)過(guò)激磁保護(hù)。對(duì)于300MW及以上發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)電機(jī)與主變壓器之間無(wú)斷路器而共用一套過(guò)勵(lì)磁保護(hù)時(shí)，其整定值按發(fā)電機(jī)或變壓器過(guò)勵(lì)磁能力較低的要求整定。當(dāng)發(fā)電機(jī)及變壓器間有斷路器而分別配置過(guò)勵(lì)磁保護(hù)時(shí)，其定值按發(fā)電機(jī)與變壓器允許的不同過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)分別整定。發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)定值如表1所示。表1.過(guò)激磁保護(hù)定值表額定頻率50HZ過(guò)激磁反時(shí)限定值III1.18機(jī)端TV變比20/0.1過(guò)激磁反時(shí)限III延時(shí)60S過(guò)激磁定時(shí)限定值1.3過(guò)激磁反時(shí)限定值IV1.16過(guò)激磁定時(shí)限延時(shí)0.5S過(guò)激磁反時(shí)限IV延時(shí)90S過(guò)激磁定時(shí)限跳閘控制字1973過(guò)激磁反時(shí)限定值V1.14過(guò)激磁報(bào)警定值1.05過(guò)激磁反時(shí)限V延時(shí)180S過(guò)激磁報(bào)警信號(hào)延時(shí)9S過(guò)激磁反時(shí)限定值VI1.1過(guò)激磁反時(shí)限上限定值1.25過(guò)激磁反時(shí)限VI延時(shí)600S過(guò)激磁反時(shí)限上限延時(shí)6S過(guò)激磁反時(shí)限下限定值1.08過(guò)激磁反時(shí)限定值I1.22過(guò)激磁反時(shí)限下限延時(shí)800過(guò)激磁反時(shí)限I延時(shí)20S反時(shí)限跳閘控制字1973過(guò)激磁反時(shí)限定值II1.2過(guò)激磁反時(shí)限II延時(shí)40S注：1973：跳主變高壓側(cè)（1號(hào)機(jī)201、2號(hào)機(jī)202）、跳滅磁開(kāi)關(guān)（1號(hào)機(jī)1MK、2號(hào)機(jī)2MK）、啟動(dòng)主變高壓側(cè)失靈、解除高壓側(cè)復(fù)壓閉鎖、跳脫硫變低壓側(cè)（1號(hào)機(jī)61T01、2號(hào)機(jī)62T01）、啟動(dòng)高廠變A分支切換（跳A分支）、啟動(dòng)B分支切換（跳B分支）過(guò)激磁倍數(shù)N定義如下：（1）式中：U、f為運(yùn)行電壓和頻率；、為發(fā)電機(jī)額定定壓（20kV）和額定頻率（50HZ）；、為電壓和頻率的標(biāo)幺值；為磁通量及額定磁通量。根據(jù)式1得定時(shí)限過(guò)勵(lì)磁保護(hù)過(guò)勵(lì)磁I段N值為：，t=0.5s（2）過(guò)激磁報(bào)警段N值為：，t=9s（3）對(duì)于反時(shí)限過(guò)勵(lì)磁，由公式1計(jì)算得出結(jié)果如表2所示。表2.反時(shí)限過(guò)勵(lì)磁整定值表U/f1.251.221.21.181.161.141.11.08T(s)發(fā)電機(jī)手冊(cè)規(guī)定124810013818036010201200整定值620406090180600800由表2可以得出不同U/F倍數(shù)與動(dòng)作時(shí)間T（s）值的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示。圖1.U/F倍數(shù)與動(dòng)作時(shí)間T（s）值的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖2.2伏赫茲限制原理發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓與發(fā)電機(jī)頻率的比值有一個(gè)安全工作范圍，當(dāng)伏赫茲比值超過(guò)安全范圍時(shí)，容易導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過(guò)激磁和過(guò)熱現(xiàn)象，因此當(dāng)伏赫茲比值超出安全范圍時(shí)，必須限制發(fā)電機(jī)端電壓幅值，控制發(fā)電機(jī)端電壓隨發(fā)電機(jī)頻率變化而變化，維持伏赫茲比值在安全范圍內(nèi)，此項(xiàng)功能稱為伏赫茲限制（HXL）。當(dāng)伏赫茲比值超出1.08時(shí)，伏赫茲限制啟動(dòng)，調(diào)低發(fā)電機(jī)端電壓并預(yù)留一定的安全裕度。另外發(fā)電機(jī)空載時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率低于整定值（45Hz）時(shí)，實(shí)際發(fā)電機(jī)組不允許繼續(xù)維持機(jī)端電壓，此時(shí)，需發(fā)出逆變觸沖，勵(lì)磁系統(tǒng)逆變滅磁。伏赫茲（V/F）限制動(dòng)作條件為過(guò)電壓或低頻率。發(fā)電機(jī)負(fù)載時(shí)，由于發(fā)電機(jī)頻率即為系統(tǒng)頻率，實(shí)際負(fù)載伏赫茲（V/F）限制主要為過(guò)電壓限制。發(fā)電機(jī)空載時(shí)，由于發(fā)電機(jī)電壓和頻率的比值與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流成比例關(guān)系，實(shí)際空載伏赫茲（V/F）限制主要為過(guò)電流限制。伏赫茲保護(hù)在伏赫茲限制的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，由于伏赫茲（V/F）實(shí)質(zhì)上表現(xiàn)為空載過(guò)激磁和負(fù)載過(guò)電壓，當(dāng)勵(lì)磁裝置控制失靈時(shí)，如果發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流上升，伏赫茲（V/F）值必然超出安全范圍，即使伏赫茲（V/F）限制功能正確動(dòng)作，也無(wú)法將發(fā)電機(jī)從過(guò)勵(lì)磁工況調(diào)節(jié)回正常工況，此時(shí)，故障勵(lì)磁裝置必須退出運(yùn)行，同時(shí)將調(diào)節(jié)器主通道切換至另外的完好勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，從而保證發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。伏赫茲（V/F）保護(hù)整定范圍比伏赫茲限制整定范圍要大，其動(dòng)作延時(shí)時(shí)間也比伏赫茲延時(shí)時(shí)間長(zhǎng)。當(dāng)伏赫茲（V/F）值高于伏赫茲（V/F）保護(hù)整定值，伏赫茲（V/F）保護(hù)啟動(dòng)并進(jìn)行及時(shí)，延時(shí)時(shí)間到后，伏赫茲（V/F）保護(hù)動(dòng)作出口，調(diào)節(jié)器執(zhí)行主從通道切換，閉鎖故障調(diào)節(jié)器裝置通道輸出。本次分析中勵(lì)磁裝置的V/HZ限制定值如表3所示。表3.V/HZ限制定值表伏赫茲動(dòng)作下限值108%限制定值間隔倍數(shù)5%限制下限動(dòng)作時(shí)間300s限制1點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間142.5s限制2點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間30s限制3點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間7.7s限制4點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間1s伏赫茲逆變頻率值45Hz反時(shí)限限制動(dòng)作值如表4所示。表4.反時(shí)限限制動(dòng)作值表U/f1.281.231.181.131.08T(s)17.730142.5300由表4可以得出勵(lì)磁系統(tǒng)伏赫茲限制U/F倍數(shù)和動(dòng)作時(shí)間T（S）的關(guān)系曲線如圖2所示。圖2.伏赫茲限制U/F倍數(shù)和動(dòng)作時(shí)間T（S）的關(guān)系圖3發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)和系統(tǒng)伏赫茲限制配合通過(guò)第2章中的分析可以得出發(fā)電機(jī)過(guò)激磁動(dòng)作與勵(lì)磁系統(tǒng)伏赫茲限制的配合實(shí)現(xiàn)動(dòng)作時(shí)間的關(guān)系如圖3所示。圖3.過(guò)激磁動(dòng)作與勵(lì)磁系統(tǒng)伏赫茲限制的配合實(shí)現(xiàn)關(guān)系圖注：圖3中系列1和系列2分別代表著伏赫茲限制和過(guò)激磁保護(hù)的U/F倍數(shù)與動(dòng)作時(shí)間的關(guān)系曲線。在圖3中我們能清晰的看出發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)與系統(tǒng)的伏赫茲限制滿足勵(lì)磁限制先于過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作的配合關(guān)系。4結(jié)語(yǔ)發(fā)電機(jī)發(fā)生過(guò)激磁故障時(shí)并非每次都造成設(shè)備的明顯破壞，但多次反復(fù)過(guò)激磁，將因過(guò)熱而使絕緣老化，降低設(shè)備的使用壽命；因此現(xiàn)代的發(fā)電機(jī)都配有完備的限制和保護(hù)功能，從而能對(duì)發(fā)電機(jī)各種極限運(yùn)行工況及時(shí)做出反應(yīng)，確保機(jī)組的安全運(yùn)行。在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上配有V/Hz限制(伏赫茲限制)功能，在發(fā)變組上都裝有過(guò)激磁保護(hù)，本文通過(guò)發(fā)變組保護(hù)定值和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的限制值的整定計(jì)算，闡述了發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)與系統(tǒng)的伏赫茲限制的配合關(guān)系，對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)和發(fā)電機(jī)提供了更完善的限制和保護(hù)參考文獻(xiàn)[1]DLT684-2012《大型發(fā)