張忠翼+劉明

摘 要：大型發(fā)電機組發(fā)變組轉(zhuǎn)子和定子繞組過負(fù)荷保護(hù)與勵磁調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)子、定子繞組過負(fù)荷限制正確的動作配合關(guān)系應(yīng)為勵磁調(diào)節(jié)器限制功能先于發(fā)變組保護(hù)動作，但當(dāng)前多數(shù)機組在進(jìn)行整定計算時，容易忽略該配合關(guān)系，常出現(xiàn)整定錯誤，一旦發(fā)電機組系統(tǒng)出現(xiàn)異常，則發(fā)變組保護(hù)會先于勵磁限制器動作，最終導(dǎo)致機組非停。為了避免因整定方法不合理而給機組運行埋下安全隱患，以某廠機組為分析模型，針對其不同機組、不同型號的發(fā)變組保護(hù)，調(diào)節(jié)器限制原理，動作特性進(jìn)行了詳細(xì)的計算分析，并提出了相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子過負(fù)荷；定子過負(fù)荷；強勵反時限；發(fā)電機

中圖分類號：TM303.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.15.001

文章編號：2095-6835（2015）15-0001-04

針對現(xiàn)代大型發(fā)電機組運行時可能發(fā)生的轉(zhuǎn)子繞組過流、定子繞組過流等不正常的運行方式，大型發(fā)電機組發(fā)變組保護(hù)裝置中均裝設(shè)有轉(zhuǎn)子、定子繞組過負(fù)荷保護(hù)。

發(fā)電機自動勵磁調(diào)節(jié)裝置（以下簡稱“AVR”）通過調(diào)節(jié)、限制和切換等方法對勵磁系統(tǒng)起到限制和保護(hù)作用，主要包括低勵磁的限制和保護(hù)、勵磁過電流的限制和保護(hù)、過勵磁的限制和保護(hù)等。其動作順序為：先進(jìn)行限制，使AVR恢復(fù)至正常工作狀態(tài)；當(dāng)限制器動作后，AVR仍然無法恢復(fù)至正常工況時，再由AVR的保護(hù)延時動作，將AVR由工作通道切換至備用通道或自動切至手動（或再經(jīng)延時將AVR切至50 Hz手動）；如果仍然無法恢復(fù)至正常工況，由發(fā)電機繼電保護(hù)作用于停機。

發(fā)電機具備短時過載能力，因此，在極端工況下要有效、充分地利用發(fā)電機的過載能力。但由于國內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、廠家設(shè)計理念有差異、整定方案不同等原因，當(dāng)前國內(nèi)大部分電廠的發(fā)變組保護(hù)轉(zhuǎn)子過流、定子過流定值和勵磁調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定中往往忽略了其之間的配合，造成發(fā)變組保護(hù)、勵磁限制、國標(biāo)三條反時限曲線錯位、動作順序錯誤、沒有級差。

合理整定勵磁系統(tǒng)過勵限制和保護(hù)定值是關(guān)系著機組安全和電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要問題。美國在1996年和2003年經(jīng)歷了2次大停電，在電網(wǎng)瓦解的最后時刻都有過勵保護(hù)動作。由此可見，在避免電網(wǎng)瓦解的過程中，需要大量無功的支持，正確的勵磁系統(tǒng)過勵限制和過勵保護(hù)可在保證發(fā)電機組安全、可靠運行的前提下，最大限度地發(fā)揮發(fā)電機的作用，從而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定裕度。

2012年，國網(wǎng)公司牽頭開展了并網(wǎng)機組網(wǎng)源協(xié)調(diào)重要參數(shù)專項核查和整改工作，目的是對照《大型發(fā)電機組變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則》等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和并網(wǎng)管理規(guī)定，對發(fā)電機組定子過負(fù)荷限制器、定子過負(fù)荷保護(hù)與發(fā)電機定子過負(fù)荷能力不匹配，勵磁系統(tǒng)過勵限制器單元、發(fā)電機轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)與發(fā)電機過勵能力不匹配等問題進(jìn)行了調(diào)查、整改。在國網(wǎng)公司編制的網(wǎng)源協(xié)調(diào)調(diào)查表中，只針對轉(zhuǎn)子、定子過負(fù)荷和勵磁調(diào)節(jié)器限制曲線上的幾個點進(jìn)行了計算，并不能完整地看到曲線的配合關(guān)系和級差情況，也無法進(jìn)行精確的調(diào)整計算。本文以某電廠為例，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了精確計算，繪制了完整的曲線進(jìn)行分析、調(diào)整，以找到合適的參數(shù)和方法整定。

1 發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子過負(fù)荷能力的確定

1.1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組的過負(fù)荷能力

對于汽輪發(fā)電機，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電流的反時限特性，發(fā)熱常數(shù)為33.75，這也是發(fā)電機廠家給出的轉(zhuǎn)子過電壓（實際是過電流）參考曲線，具體如表1所示。

針對其他的過流值所允許的時間，標(biāo)準(zhǔn)中給出了具體的函數(shù)：

（If2-1）t=33.75. （1）

式（1）中：If為勵磁電流實際值，標(biāo)幺值；t為勵磁電流持續(xù)的時間。

表1 發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電流值和允許時間表

1.2 發(fā)電機定子繞組過負(fù)荷能力

按照標(biāo)準(zhǔn)，對汽輪發(fā)電機定子繞組過電流能力的要求是：容量小于1 200 MVA及以下發(fā)電機允許的過電流時間和過電流倍數(shù)由以下函數(shù)確定：

（I2-1）t=37.5. （2）

式（2）中：I為定子電流實際值，標(biāo)幺值；t為當(dāng)前的電流值下所允許的持續(xù)時間。

2 案例分析

以某電廠為例，2×600 MW機組發(fā)電機型號為QFSN-600-2，為上海汽輪機廠生產(chǎn)，發(fā)變組保護(hù)采用美國GE生產(chǎn)的G60系列保護(hù)裝置，勵磁調(diào)節(jié)器采用瑞士ABB公司生產(chǎn)的UNITROL 5000勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

2.1 轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)與限制配合分析

2.1.1 發(fā)變組的保護(hù)原理

發(fā)變組保護(hù)采用美國GE公司的產(chǎn)品，轉(zhuǎn)子過負(fù)荷以IEEE反時限方程為基礎(chǔ)，出口方式為減勵磁。勵磁調(diào)節(jié)器采用ABB公司UN5000勵磁調(diào)節(jié)裝置，采用自己的計算方程，在發(fā)生勵磁限制動作后不進(jìn)行通道切換，限制失敗延時2 s后進(jìn)行通道切換，通道切換后限制依然失敗后，再延時3 s切換手動方式，計算過程如下（勵磁變高壓側(cè)CT變比200/1星形接線F35—I和F35—II）：

式（3）中：TMD為時間常數(shù)；Ipickup為反時限動作特性的啟動電流；A取28.2；B取0.121 7；P取2.

根據(jù)《大型發(fā)電機組變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則》中的4.5.2，轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)反時限特性的啟動電流應(yīng)按正常運行的額定勵磁電流下能可靠返回的條件整定，計算方式如下：

式（4）中：Ie為額定勵磁電流；Krel為可靠系數(shù)，取1.05；Kr為返回系數(shù)，取0.85～0.95，條件允許的情況下應(yīng)取較大值。勵磁變過負(fù)荷保護(hù)反映的是勵磁變高壓側(cè)交流電流，應(yīng)將折算到勵磁變高壓側(cè)：

式（5）中：CTpri為勵磁變高壓側(cè)的CT一次額定電流；n為勵磁變變比。

以2.08倍為轉(zhuǎn)子過負(fù)荷能力的電流倍數(shù)，10 s這個點的計算時間常數(shù)為TMD，再用1.12倍60 s的點進(jìn)行校核，計算得到的時間常數(shù)是：