鄭桂杰 劉 寧 劉曉文 郝 宇 孫 鵬

（北方聯(lián)合電力有限責(zé)任公司達(dá)拉特發(fā)電廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 014300）

0 引言

規(guī)程及反措中對勵(lì)磁限制與發(fā)變組保護(hù)配合有明確要求，其中要求低勵(lì)限制及保護(hù)應(yīng)與失磁保護(hù)協(xié)調(diào)配合，遵循低勵(lì)限制先于低勵(lì)保護(hù)動(dòng)作、低勵(lì)保護(hù)先于失磁保護(hù)動(dòng)作的原則，低勵(lì)限制線應(yīng)與靜穩(wěn)極限邊界配合，且留有一定裕度[1-3]。發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)充分考慮發(fā)電機(jī)定子端部發(fā)熱、定子電流、發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定極限及廠用電電壓等條件，確定不同有功功率下發(fā)電機(jī)吸收系統(tǒng)無功功率的最大值[4]，且發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)不應(yīng)進(jìn)入發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作區(qū)?，F(xiàn)場中影響發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)深度的因素主要是廠用380V母線電壓低。為防止發(fā)電機(jī)組在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)由于進(jìn)相深度過大，導(dǎo)致廠用輔機(jī)跳閘或發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作引起發(fā)電機(jī)組非正常停運(yùn)事故，需要?jiǎng)?lì)磁低勵(lì)限制先于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作，低勵(lì)限制先于進(jìn)相試驗(yàn)深度值動(dòng)作。目前，GE公司EX2100系列勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在國內(nèi)仍占有一定份額，本文根據(jù)現(xiàn)場某機(jī)組GE勵(lì)磁低勵(lì)限制參數(shù)、失磁保護(hù)阻抗定值、進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)報(bào)告，校核GE勵(lì)磁低勵(lì)限制與發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、進(jìn)相試驗(yàn)配合關(guān)系是否滿足要求，不滿足配合要求的給出解決方案。

1 GE勵(lì)磁低勵(lì)限制與發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)配合校核

勵(lì)磁采用GE公司EX2100E勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，發(fā)變組保護(hù)采用南瑞繼保RCS985B型裝置，由于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)是在阻抗平面，低勵(lì)限制是在功率平面，需將二者換算至同一坐標(biāo)平面進(jìn)行比較。

機(jī)組與系統(tǒng)聯(lián)系緊密時(shí)，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)阻抗圓一般采用異步圓，按照《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》整定的失磁保護(hù)異步圓，下面進(jìn)行具體計(jì)算。

與系統(tǒng)聯(lián)系緊密的發(fā)電廠或采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式的發(fā)電機(jī)組宜將阻抗判據(jù)作為失磁保護(hù)的復(fù)合判據(jù)之一，優(yōu)先采用定子阻抗判據(jù)與機(jī)端三相同時(shí)低電壓的復(fù)合判據(jù)[1]。

發(fā)電機(jī)參數(shù)如下：額定容量SN=667MV·A，額定有功功率PN=600MW，額定無功功率QN=330Mvar，機(jī)端電壓Ue=20kV，發(fā)電機(jī)電流互感器電流比TAn為25 000A/5A，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器電壓比TVn為，直軸同步電抗（不飽和值）Xd=215.5%，直軸暫態(tài)電抗（不飽和值）dX′=30.1%。

1.1 計(jì)算發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)異步圓定值

失磁保護(hù)采用阻抗+機(jī)端低電壓+其他判據(jù)動(dòng)作條件之一必須滿足在阻抗圓內(nèi)，現(xiàn)場發(fā)電機(jī)失磁采用異步阻抗圓，計(jì)算異步圓的邊界整定值[5-7]。失磁異步阻抗圓特性如圖1所示。

圖1 失磁異步阻抗圓特性

1.2 失磁異步阻抗圓映射到P-Q平面

設(shè)失磁保護(hù)阻抗圓的圓心為（0,X0），半徑R0，圓內(nèi)為動(dòng)作區(qū)域，其方程為

式中：R=(Uc os?)/I；X=(Us in?) /I。將sin?=Q/(UI)、I2=(P2+Q2)/U2代入式（1），化簡可得P-Q平面方程，即

式中，P、Q、U、I分別為以發(fā)電機(jī)額定視在功率和額定定子線電壓為基值的有功功率、無功功率、定子線電壓、定子相電流的標(biāo)幺值[8-11]。

異 步 圓 半 徑R0=(Xd- 0.5Xd′ )/2，圓 心X0= -(Xd+ 0.5Xd′ )/2，代入式（2），化簡后得

將R0=0.60，X0=-0.69代入式（2），化簡得

異步阻抗圓從R-X坐標(biāo)系映射到P-Q坐標(biāo)系，該圓圓心為（0, -5.95U2），半徑為5.17U2，保護(hù)動(dòng)作區(qū)在圓內(nèi)。

1.3 分析比較

機(jī)組GE勵(lì)磁低勵(lì)限制數(shù)據(jù)見表1。表1中有功功率標(biāo)幺值、無功功率標(biāo)幺值均為計(jì)算值，基準(zhǔn)容量為發(fā)電機(jī)額定視在功率。

表1 機(jī)組GE勵(lì)磁低勵(lì)限制數(shù)據(jù)

根據(jù)式（4），當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓等于額定電壓時(shí)，方程為P2+ (Q+ 5.95)2＜5 .172，該圓圓心為（0, -5.95），半徑為5.17，保護(hù)動(dòng)作區(qū)在圓內(nèi)。圓上方與Q軸交點(diǎn)坐標(biāo)為（0, -0.78）（見圖2失磁異步圓1）。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓等于0.9倍額定電壓時(shí)，方程為P2+ (Q+ 4.82)2＜4 .192，該圓圓心為（0, -4.82），半徑為4.19，保護(hù)動(dòng)作區(qū)在圓內(nèi)。圓上方與Q軸交點(diǎn)坐標(biāo)為（0, -0.63）（見圖2失磁異步圓2）。當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓等于0.85倍額定電壓時(shí)，方程為P2+ (Q+ 4.30)2＜3 .742，該圓圓心為（0, -4.30），半徑為3.74，保護(hù)動(dòng)作區(qū)在圓內(nèi)。圓上方與Q軸交點(diǎn)坐標(biāo)為（0, -0.56）（見圖2失磁異步圓3）。

由上述計(jì)算可知，即使電壓最低時(shí)，異步邊界阻抗圓與Q軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為（0, -0.56），而低勵(lì)限制試驗(yàn)數(shù)據(jù)在各有功功率下對應(yīng)的進(jìn)相無功功率標(biāo)幺值均在其之上，低勵(lì)限制先于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作，因此失磁保護(hù)與低勵(lì)限制之間配合關(guān)系正確。異步阻抗圓在P-Q平面上的映射如圖2所示。勵(lì)磁低勵(lì)限制與發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)配合滿足要求。

圖2 異步阻抗圓在P-Q平面上的映射

2 低勵(lì)限制與進(jìn)相試驗(yàn)配合校核

發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)報(bào)告見表2（內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，2007-06-11）。表2中，有功功率標(biāo)幺值、進(jìn)相無功功率標(biāo)幺值為計(jì)算值。

表2 達(dá)電四期2×600MW工程2號機(jī)組 進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)報(bào)告

將勵(lì)磁低勵(lì)限制數(shù)據(jù)與進(jìn)相試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比見 表3。

表3 勵(lì)磁低勵(lì)限制數(shù)據(jù)與進(jìn)相試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比

由表3數(shù)據(jù)可知，有功功率分別為300MW、450MW、600MW時(shí)，限制特性的進(jìn)相深度大于機(jī)組進(jìn)相試驗(yàn)報(bào)告中的進(jìn)相無功值，低勵(lì)限制特性與進(jìn)相試驗(yàn)數(shù)據(jù)配合關(guān)系不滿足要求，需要進(jìn)行調(diào)整，使低勵(lì)限制先于進(jìn)相試驗(yàn)報(bào)告對應(yīng)數(shù)據(jù)動(dòng)作，并留有一定裕度（低勵(lì)限制曲線隨電壓變化自動(dòng)調(diào)整，設(shè)置時(shí)可酌情考慮留出裕度）。

3 低勵(lì)限制值調(diào)整方法

3.1 勵(lì)磁程序中低勵(lì)限制相關(guān)參數(shù)

UEL Margin值設(shè)置為0.175p.u.。表4中有功有名值、無功有名值為計(jì)算值。

表4 性能曲線數(shù)據(jù)

現(xiàn)場機(jī)組勵(lì)磁低勵(lì)限制曲線如圖3所示。圖3中，橫坐標(biāo)為有功功率P，縱坐標(biāo)為無功功率Q。1為性能曲線數(shù)據(jù)中11點(diǎn)設(shè)定值；2為低勵(lì)限制曲線，曲線2上方3個(gè)圓點(diǎn)為進(jìn)相試驗(yàn)值；3為手動(dòng)方式低勵(lì)限制曲線。

圖3 勵(lì)磁低勵(lì)限制曲線（原曲線）

由勵(lì)磁程序中低勵(lì)限制數(shù)據(jù)確定的曲線，在相應(yīng)有功功率下無功功率值見表5，并與對應(yīng)的進(jìn)相數(shù)據(jù)對比。

由表5可知，自動(dòng)方式時(shí)，低勵(lì)限制曲線特性與進(jìn)相試驗(yàn)數(shù)據(jù)配合不滿足要求，手動(dòng)方式滿足。

表5 低勵(lì)限制曲線值及計(jì)算值 （程序中UEL Margin為0.175p.u.）

3.2 低勵(lì)限制值調(diào)整方法

由圖3及表5對比可知，可通過改變低勵(lì)限制參數(shù)性能曲線數(shù)據(jù)的11點(diǎn)有功功率、無功功率值來滿足要求；也可通過改變勵(lì)磁低勵(lì)限制中UEL Margin設(shè)定值來滿足要求。

1）方法1：通過調(diào)整勵(lì)磁低勵(lì)限制中UEL Margin設(shè)定值，使低勵(lì)限制特性與進(jìn)相試驗(yàn)特性相配合，并留有一定裕度。

UEL Margin值設(shè)置為0.175p.u.時(shí)（換算為有名值為0.175×667=116.7Mvar），11點(diǎn)特性曲線與進(jìn)相試驗(yàn)值的無功差值絕對值，當(dāng)有功功率300MW時(shí)為193.7Mvar，有功功率450MW時(shí)為201.2Mvar，有功功率600MW時(shí)為146.7Mvar。

取最大值201.2Mvar，乘以可靠系數(shù)1.05，有201.2×1.05=211.26Mvar，標(biāo)幺值為211.26÷667=0.317。將UEL Margin 值設(shè)置為0.317p.u.后，相應(yīng)的無功限制值見表5，低勵(lì)限制特性與進(jìn)相試驗(yàn)數(shù)據(jù)配合關(guān)系滿足要求。

調(diào)整UEL Margin值后低勵(lì)限制曲線如圖4所示。

圖4 低勵(lì)限制曲線（UEL Margin設(shè)置為0.317p.u.）

圖4中，橫坐標(biāo)為有功功率P，縱坐標(biāo)為無功功率Q。1為性能曲線數(shù)據(jù)中11點(diǎn)設(shè)定值；2為低勵(lì)限制曲線，曲線2下方3個(gè)圓點(diǎn)為進(jìn)相試驗(yàn)值；3為手動(dòng)方式低勵(lì)限制曲線。

機(jī)組在進(jìn)相試驗(yàn)各點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)及按低勵(lì)限制曲線計(jì)算數(shù)據(jù)見表6，限制動(dòng)作值均在進(jìn)相試驗(yàn)特性數(shù)據(jù)之前限制，滿足要求。

表6 調(diào)整UEL Margin后機(jī)組各有功值下無功限制值

由表6對比可知，調(diào)整參數(shù)后，勵(lì)磁低勵(lì)限制先于發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)值而動(dòng)作，配合關(guān)系滿足要求，并有一定裕度。

2）方法2：根據(jù)進(jìn)相試驗(yàn)報(bào)告，通過改變低勵(lì)限制參數(shù)性能曲線數(shù)據(jù)的11點(diǎn)有功、無功值滿足要求?，F(xiàn)場建議采用此方法。

UEL Margin值設(shè)置為0.175p.u.不變，各有功功率下進(jìn)相值按10%裕度考慮，改變性能曲線數(shù)據(jù) 11點(diǎn)曲線值完成配合關(guān)系，90%進(jìn)相無功值為低勵(lì)限制值。

設(shè)置曲線無功功率有名值計(jì)算方法為各有功功率下90%進(jìn)相無功功率值減去116.7Mvar（UEL Margin值0.175p.u.換算為有名值為0.175×667= 116.7Mvar）。調(diào)整11點(diǎn)曲線值后各有功功率下無功限制值見表7。

表7 調(diào)整11點(diǎn)曲線值后各有功值下無功限制值

由表7對比可知，調(diào)整勵(lì)磁性能曲線參數(shù)后，勵(lì)磁低勵(lì)限制先于發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)值而動(dòng)作，并且在各點(diǎn)均有較高的進(jìn)相能力，配合關(guān)系滿足要求并有一定裕度。

參數(shù)設(shè)置方法：把相應(yīng)的功率值插入對應(yīng)點(diǎn)中即可，也可重新均勻設(shè)置間隔。

調(diào)整后性能曲線數(shù)據(jù)列表見表8。需要說明的是，第11點(diǎn)有功標(biāo)幺值為0.95p.u.時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)此種工況，參考有功標(biāo)幺值為0.90p.u.時(shí)的數(shù)據(jù)，按進(jìn)相-10MW設(shè)置，也可設(shè)置為0。

表8 調(diào)整后性能曲線數(shù)據(jù)列表 （p.u.）

調(diào)整后低勵(lì)限制曲線如圖5所示。

圖5中，橫坐標(biāo)為有功功率P，縱坐標(biāo)為無功功率Q。1為性能曲線數(shù)據(jù)中11點(diǎn)設(shè)定值；2為低勵(lì)限制曲線，曲線2下方3個(gè)圓點(diǎn)為進(jìn)相試驗(yàn)值；3為手動(dòng)方式低勵(lì)限制曲線。

圖5 低勵(lì)限制曲線（性能曲線數(shù)據(jù)改變）

3）方法3：可通過同時(shí)改變UEL Margin值及改變低勵(lì)限制參數(shù)性能曲線數(shù)據(jù)的11點(diǎn)有功功率、 無功功率值滿足要求。此時(shí)也可將性能曲線數(shù)據(jù)值設(shè)置為與進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)相符，裕度由UEL Margin值的選取調(diào)整，不再贅述。

低勵(lì)限制的輸出與機(jī)端電壓有關(guān)，當(dāng)機(jī)端電壓低于額定值時(shí)其限制值也相應(yīng)變小。

現(xiàn)場調(diào)試勵(lì)磁調(diào)節(jié)器時(shí)，低勵(lì)限制不需選取11點(diǎn)，只需設(shè)置5點(diǎn)即可滿足，因規(guī)程要求汽輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)相試驗(yàn)工況宜為50%、75%、100%額定有功功率，現(xiàn)場一般按此工況試驗(yàn)。

4 結(jié)論

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制定值的整定，需要結(jié)合發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)及發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行工況綜合考慮，使之合理匹配，防止異常工況下發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)在勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制未動(dòng)作之前動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)，或者進(jìn)相運(yùn)行工況下在勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制未動(dòng)作之前，由于發(fā)電機(jī)鐵心溫度升高及廠用系統(tǒng)電壓降低等原因?qū)е碌臋C(jī)組停運(yùn)。本文通過調(diào)整低勵(lì)限制曲線，使勵(lì)磁低勵(lì)限制與發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)配合滿足要求，勵(lì)磁低勵(lì)限制先于進(jìn)相試驗(yàn)進(jìn)相深度動(dòng)作，且發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)未進(jìn)入發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作區(qū)。