第2章 励磁系统的过励限制

2.1 过励限制的主要特性

励磁系统和有刷交流励磁机励磁系统采用发电机磁场电流作为过励限制的控制量,无刷交流励磁机励磁系统采用励磁机励磁电流作为过励限制 的控制量。

过励反时限特性函数类型与发电机磁场过电流特性函数类型一致。因励磁机饱和难以与发电机磁场过电流特性匹配时宜采用非函数形式的多点表述反时限特性。

隐极式同步发电机转子过电流特性表达式如下：

(I2-1)t =33.75 (2-1)

式中:I为发电机磁场电流对额定磁场电流Ifn的比值;t为许可的过电流持续时间。

水轮发电机转子仅有承受2Ifn的持续时间的描述,缺少过电流特性的函数描述。

励磁系统功率单元(励磁变压器、整流桥、励磁机等)的过电流能力应保证实现发电机转子过电流能力,但是某些交流励磁机励磁系统的顶值电流可能小于发电机转子过电流能力,当两者不相同时按小者确定。

按照继电保护规定,转子绕组过负荷保护特性与发电机转子过电流特性一致。过励反时限特性与发电机转子绕组过负荷保护特性之间留有级差,确保在保护动作之前限制动作。

过励反时限启动值小于发电机转子过负荷保护的启动值,大于Ifn,一般为(105%～110%)Ifn。启动值不影响反时限特性,并当磁场电流大于启动值后进入反时限计算。

过励反时限限制值一般比启动值减少(5%～10%)Ifn,以释放积累的热量,也可限制到启动值,再由操作人员根据过励限制动作信号减少磁场电流。限制环节可以有不大于0.3 s时间常数的惯性环节,以减少有功功率波动和无功功率超调。

过励限制信号测量误差小于0.5%,时间误差小于0.05%,有良好的调节参数,使得限制过程快速而稳定,过励限制特性能够通过试验证实。

2.2限制过程

过励反时限限制动作转为定磁场电流控制,磁场电流给定值(即限制值)

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瞬间给出,或者经过一阶惯性给出,有不同的响应,见表1。 表1. 励磁系统 突限方式 回到110%的时下降过程增加间Is 的热量I(%) 缓限方式 回到110%Itm下降过程增加的时间Is 的热量I（%） 自并励励磁系0.42 1.8 0.47 4.66 统 交流励磁机励0.24 1.1 1.15 1.30 磁系统 表1. 自并励和交流励磁机励磁系统过励反时限限制突限和缓限方式的差别

由仿真可见,突限方式或者小延迟的缓限方式都可以接受。缓限方式可以减少有功波动,而缓限过程增加的热量不大。

2.3级差

发电机转子过负荷保护按照发电机特性设定。过励反时限与发电机转子过负荷保护之间的级差需要考虑以下原则：

1.测量偏差不至于引起保护先于限制动作；

2.过励反时限限制动作、电流回到长期值以下的过程中过热的积累不导致保护动作；

3.较小的级差,即过励反时限限制设置较大的过热量有利于电力系统稳定。

级差暂不考虑过励保护的理由是：

1.完善的监测可以提前发现和处理将导致过励的故障,使得过励限制动作的时刻发生故障的概率大为减少；

2.不良的限制失败的判断和通道切换在顶值电流下需要超过1 s完成。

考虑测量偏差和限制过程热量。如If=2,保护和过励限制电流测量各有1.5%和-1.5%的误差,并且各有0.2%和-0.2%的时间误差,限制过程磁场绕组增加的过热量约4.77%。设定级差为2 s。限制成功时刻离保护动作还有0.79S。

上述条件下可以选择顶值电流下过励限制比保护提前2 s动作。提高电流测量准确度,适当减少限制过程时间,改进限制失败判断方法,有可能将顶值电流下的级差进一步减少。

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2.4以励磁机磁场电流作为过励限制控制量的过励限制整定 1.顶值电流瞬时限制值

确定顶值电流瞬时限制值时需要考虑励磁机的饱和。从励磁机负载特性曲线上,由顶值电流倍数决定的发电机磁场电压,获得顶值电流瞬时限制值。

2.过励反时限限制的最大过热量

确定过励反时限限制的最大过热量时,可以不计发电机磁场回路时间常数。其步骤如下：

1)由励磁机负载特性得到发电机磁场电压倍数与励磁机磁场电流倍数的关系。

2)按照励磁机的最大磁场电流、励磁机连续运行最大磁场电流和发电机顶值电流持续时间计算励磁机磁场绕组过电流引起的最大过热量Ce：

??ICe???efmaxIef?????2???1?tp （2-2） ?????式中:Iefmax为励磁机的最大磁场电流;Ief∞为励磁机连续运行最大磁

场电流;tP为发电机的顶值电流持续时间。

3)检查励磁机磁场过电流持续时间与发电机磁场过电流持续时间的配合情况,如不配合则调整Ce。

4)按照Ce整定发电机转子过负荷保护。 5)按照级差2 s选取过励限制最大过热量。

2.5无发电机转子过负荷保护的处理

当不采用发电机转子过负荷保护时,过励限制仍按照上述方法确定,即过励限制与发电机过电流特性留有级差。

2.6过热量的释放和再次过励的条件

一次过电流带来的过热量经电流小于额定值而得到逐步释放,过热量最小等于0。再次过热的能力等于设定的最大过热量C减去剩余的过热量。因此,较大的过热量设定值在连续多次电网故障时提供较多的支持。

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2.7过励保护 GB/T 7409.1—2008中的过励保护包含调节器的顶值电流保护和过励反时限保护2种。励磁调节器内的过励保护主要完成通道切换,保持闭环控制运行。仿真600 MW汽轮发电机自并励系统误强励过程,120%Un(Un为额定电压)延时0.2 s保护动作的误强励时间是0.54 s。在此期间有可能完成电压互感器断线、调节器死机、电源故障、同步故障等的判断和通道切换。由于完善的监测可以提前发现和处理过励问题,过励保护实际起后备保护作用。

2.7.1顶值电流保护

励磁调节器的顶值电流保护对于高顶值励磁系统是必备功能。

实现运行通道和非运行通道同时进行检测,以提高检测的可靠性。当顶值电流瞬时限制失效时发出信号,切换通道,在备用通道中实现顶值电流限制。备用通道可以是自动通道,也可以是独立的手动通道。由越过限制值的某个百分数和延时来判断限制是否失效,至切换的发电机磁场电流应远小于300%Ifn,附加发热应可以忽略。仿真无刷交流励磁机励磁系统在超过顶值电流10%Ifn、延时0.15 s完成通道切换时,磁场电流达到235%Ifn,转子绕组附加发热量约2.8%。对于高顶值励磁系统,也可以采取独立的第2套过励限制功能,设置相同的特性和参数。高顶值励磁系统具有励磁系统内部或者外部的过电流切除调节器停机功能。

2.7.2过励反时限保护

过热量累计超过设定值某个百分数(如10%)时判断过励反时限限制失败,进行通道切换。现在有的调节器采用延时2 s观察电流是否回到110%额定值以内,因其判断时间长,势必降低过励反时限过热量设定值,这样,发电机转子过电流能力被削弱,对电力系统稳定不利。

2.7.3过励报警信号

为了及时调整励磁以避免跳机,可以设置过励报警,如1.2倍额定电流延时5 s报警,其相当于转子过负荷定时限保护功能。

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