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1、發(fā)電機(jī)的勵磁限制與保護(hù)的配合整定§ 1發(fā)電機(jī)運(yùn)行功率圓與限制發(fā)電機(jī)運(yùn)行功率圓又稱“安全運(yùn)行極限”或“ P、Q圖”,下面圖1為ABB勵磁廠家說 明書的發(fā)電機(jī)功功率圖,經(jīng)常用到的三個限制:1) 轉(zhuǎn)子發(fā)熱限制;2) 定子發(fā)熱限制;3) 低勵限制。圖1 ABB勵磁說明書中的發(fā)電機(jī)功功率圖實(shí)際發(fā)電機(jī)的運(yùn)行功率極限圖下圖所示:webw舊脫in思弓啟圖也號日耕養(yǎng)爭QFSN-00-2VHG型汽輪發(fā)屯機(jī)產(chǎn)品使用浣明書 Jt 74 K書4弓頁附錄A徒電機(jī)出力曲線有功功¥ : MW1o assagassEss5&D490420aao2W2W14070打-70 140 2102BQ-350
2、-420T0O-5601.4 MPan -4 MPg, T-MGRU.fUU->FH-LMTHJ臨 0H SDDliZi!EMKaiHS!i0.7QCIi 71-n-i - *7 g宅門誨譏.陰俎工YS3_d_ii-i-I? -plh !1_-is! = IE =:.益=< !.己二一 Hi土型仔:0FJ3h|= 0OO-2YH38»!l£EFtfr:a60.7 MW SLlEHtLIilZQkV 換疋屯迪:19証4呂氏ift定牢因甘中月 尬圧頓 N50 HZ. ®itKj±:30D0r/mln 換逍寶區(qū):UH MF>5i 如坤比;口.
3、54 相辻;3 越走約甩業(yè)LE 42$. 1 V 飯定蛹戰(zhàn)電盜:412B A麻汰蛀Jtt 丈井號 氓 字 P刪版次處通蟲件號 簽字 “日>1圖2某600MW汽輪機(jī)組功率圖§1.1轉(zhuǎn)子發(fā)熱限制§ 同步發(fā)電機(jī)的相量圖同步發(fā)電機(jī)的電動勢相量圖如圖3所示圖3同步發(fā)電機(jī)的電動勢相量圖對Aoab的每條邊分別乘以U/Xq,得功率三角形 OAB并以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn),弓I入直角 坐標(biāo)系,如圖3所示。從圖上可看出有以下關(guān)系成立:1)© OA與縱軸的夾角即為功率因數(shù)角;2)3發(fā)電機(jī)功角;3)直角坐標(biāo)系的第一象限是發(fā)電機(jī)的遲相(過勵)運(yùn)行區(qū),第二象限是發(fā)電機(jī)的進(jìn)相(欠 勵)運(yùn)行區(qū)。4)發(fā)
4、電機(jī)機(jī)端電壓U呆持不變,為發(fā)電機(jī)同步電抗為常數(shù),BA的長度正比于發(fā)電機(jī)電 勢,也正比于勵磁電流Ifn。以B點(diǎn)為圓心,以BA為半徑作圓弧,此圓弧即為轉(zhuǎn)子發(fā)熱 極限曲線。對應(yīng)圖1中的“最大勵磁電流限制器”。運(yùn)行分析:汽輪發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時,定子電流I與勵磁電流均為額定值,一般其額定功率因數(shù)cos ©為0. 85 0.9。此時,當(dāng)欲調(diào)整發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù),降低其功率因數(shù) (©角增大)時, 增發(fā)無功,勵磁電流I會增加,發(fā)電機(jī)的運(yùn)行受到轉(zhuǎn)子發(fā)熱極限的限制。為了使轉(zhuǎn)子不 過熱,則需降低定子電流,使發(fā)電機(jī)沿曲線 AD運(yùn)行,定子繞組未得到充分利用。反之, 欲提高其功率因數(shù)(角減?。r,定子電流
5、會超過額定值,發(fā)電機(jī)的運(yùn)行受到定子發(fā)熱 極限的限制,即圖1中的“欠勵、過勵側(cè)定子電流限制器”,又稱“定子發(fā)熱限制”。§ 勵磁系統(tǒng)最大勵磁電流限制器原理限制器有兩個限制值:一個是強(qiáng)勵頂值電流限制值,另一個是連續(xù)運(yùn)行允許的過熱限 制值。與過熱限制值關(guān)聯(lián)的兩個控制參數(shù)分別是轉(zhuǎn)子等效加熱時間和轉(zhuǎn)子等效冷卻時 間。限制器的參數(shù)和功能框圖見圖5。最大勵磁膽流限制稱r Imax 1/2算at )(樓茸J汁1*圖5 ABB勵磁系統(tǒng)限制器的參數(shù)和功能框圖同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行過程中(無限制器動作),最大勵磁電流限制器的限制值是強(qiáng) 勵頂值電流限制值Imax,即AVR可以在必要時提供強(qiáng)勵頂值電流。在系統(tǒng)故障需
6、要強(qiáng)行 勵磁來排除故障時,如果勵磁電流的實(shí)際值超出過熱限制值,調(diào)節(jié)器就會起動一個剩余 功率積分器,將電流偏差值厶i2 (其中 i=Ifield-Itherm )對時間積分,其結(jié)果正比 于勵磁繞組的加熱能量。如果勵磁電流持續(xù)高于過熱限制值,那么積分器的輸出/ i2dt= E將會增加。當(dāng)積分器的輸出值超過 Emax時,最大勵磁電流限制器的限制值 將從Imax降低到Itherm。上述工作由過熱檢測器完成。當(dāng)勵磁電流降到正常值Itherm以下后,剩余功率積分器啟動反向冷卻積分,按冷卻時間常數(shù)Tcooli ng降低其輸出。§1.2定子發(fā)熱限制§ 定子發(fā)熱限制原理UI即視在功率,其在縱
7、軸上的投影即為發(fā)電機(jī)的有功功率 P,在橫軸上的投影即為發(fā) 電機(jī)的無功功率Q;發(fā)電機(jī)維持為機(jī)端電壓不變,圖3中的0A的長度也就正比于定子電 流I,當(dāng)發(fā)電機(jī)在額定工作狀態(tài)時,以O(shè)點(diǎn)為圓心,以O(shè)/為半徑作圓弧(實(shí)際上進(jìn)行了修正)即圖1中的“欠勵、過勵側(cè)定子電流限制器”,此圓弧即為定子發(fā)熱極限曲線。運(yùn)行分析:第一象限的運(yùn)行情況,為了使定子不過熱,則需降低轉(zhuǎn)子電流,使發(fā)電機(jī)沿曲線FCA運(yùn)行,轉(zhuǎn)子繞組未得到充分利用。若只考慮發(fā)電機(jī)繞組發(fā)熱的限制,發(fā)電機(jī)可沿曲線0A為半徑的圓弧運(yùn)行,達(dá)到cos © =1點(diǎn),即與Ptt相交點(diǎn),此時發(fā)電機(jī)輸出的有功功率會達(dá) 到額定有功功率的1. 176(1 /0. 8
8、5)倍。由于受到發(fā)電機(jī)的原動機(jī)(汽輪機(jī))最大安全輸 出功率的限制,發(fā)電機(jī)實(shí)際只能沿直線修正后的圓弧運(yùn)行,也就是說與與Ptt相交點(diǎn)為PmaJU, 般小于 Pn/COS © n/Un。第二象限的的運(yùn)行情況。汽輪發(fā)電機(jī)在第二象限的運(yùn)行狀態(tài)是進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài),從理 論上講發(fā)電機(jī)是可以進(jìn)相運(yùn)行的。但在實(shí)踐中,由于勵磁電流的降低,可能會導(dǎo)致發(fā)電 機(jī)失去靜穩(wěn),發(fā)電機(jī)端部發(fā)熱增加,廠用電下降等,也就進(jìn)入了圖1中的“無功限制(P、 Q限制)”,又稱低勵限制。§ ABB®磁系統(tǒng)定子電流限制器原理該限制器用于防止發(fā)電機(jī)定子繞組過熱,在過勵和欠勵側(cè)均有效。其工作原理與最大勵磁電流限制器的工作
9、原理相似。主要差別在于定子電流限制器沒有一個確切的最大定子電流限制值,當(dāng)時間趨于零時,限制值理論上可趨于無限大(Imax=當(dāng)?shù)膮?shù)整定,可以得到接近于定子繞組最大允許熱能Emax的反時限特性。定子族流眼制瞎圖6 ABB勵磁系統(tǒng)定子電流限制器定子電流限制器分欠勵側(cè)和過勵測兩部分,其限制量均為定子電流的平均值。當(dāng)發(fā) 電機(jī)過勵時,欠勵側(cè)定子電流限制器截止,反之亦然。通過檢測負(fù)載的功率因數(shù),可保證定子電流限制器雙方向(過勵和欠勵)動作的正確性。顯然,定子電流限制器不能影 響發(fā)電機(jī)的有功電流分量。如果發(fā)電機(jī)的有功電流分量高于定子電流限制器的限制值, 為避免誤動作,限制器會自動將發(fā)電機(jī)無功功率調(diào)整到零。&
10、#167; 1.3低勵限制§ 汽輪發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)功率圓圖以隱極發(fā)電機(jī)為例進(jìn)行分析,其簡化等值電路圖為下圖4:XfXsX dX sI圖5隱極發(fā)電機(jī)簡化等值電路根據(jù)圖4,根據(jù)同步發(fā)電機(jī)電勢向量圖進(jìn)行推導(dǎo),得出發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限方程:U2Xd丿Xd丿(1)該方程為圓,圓心為(UP 1、,0),半徑為U 2n 1、+2Msxd 丿2<XsXd 丿,在P-Q坐標(biāo)系中表示為:P圖7隱極發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限令P=0,解得Q在-Q軸上的交點(diǎn)為(0,),又令Q=0解得在+P軸上交點(diǎn)為(0,由于對于某一機(jī)組而言其同步電抗是固定的,所以影響靜穩(wěn)極限的因素有以下 2個:1)系統(tǒng)聯(lián)系電抗xs的大小。xs越小表示系統(tǒng)容
11、量越大,靜穩(wěn)圓的半徑越大,相應(yīng)同 樣有功時允許的進(jìn)相運(yùn)行的深度越大;2)機(jī)端電壓的大小。靜穩(wěn)圓的半徑和圓心與 J成正比,對靜穩(wěn)極限影響最大,當(dāng)機(jī)端電壓減小時,靜穩(wěn)圓的半徑減小,最大進(jìn)相運(yùn)行深度隨之減小,靜穩(wěn)極Xd限面積減小。§ 水輪發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)功率圓圖人工Xq,根據(jù)推導(dǎo)得出發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限方程:P = aU tgdbSin 脣229Q = -aU cos sb -U IxdXd - Xqa 二XdXq根據(jù)上式,計算:S =0° 時 Ps=0, Q s=-U2/Xq;S =90° 時 Ps=x, Q s=-U2/x s;S =0°90°時,有功、無功
12、值,畫出的曲線如下圖所示:§ 133勵磁調(diào)節(jié)對靜穩(wěn)的影響無勵磁調(diào)節(jié)時,汽輪發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時的功角特性為:EqUsP =sin( 2)XdZEq發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢;U 系統(tǒng)電壓;XdE發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的總電抗。5ha?圖8發(fā)電機(jī)功角圖1特點(diǎn):Eq呆持不變,靜穩(wěn)極限:S =90°(汽輪機(jī)),3 <90°(水輪機(jī))。發(fā)電機(jī)運(yùn)行中可以自動調(diào)節(jié)勵磁,則 Ec為變值,維持Eq/近似為常數(shù),可顯著提高極限傳輸功率。曲線I、II稱為人工穩(wěn)定區(qū),曲線I比曲線II有更高的放大倍數(shù)。圖8發(fā)電機(jī)功角圖2特點(diǎn):則Eq為變化,Eq,近似不變,靜穩(wěn)極限:S >90° ,勵磁系統(tǒng)的放
13、大倍數(shù)Kou與勵磁系統(tǒng)的時間常數(shù)Te以及轉(zhuǎn)子功角之間的關(guān)系如下 圖所示,Te增加,保證穩(wěn)定運(yùn)行的放大倍數(shù)Koi是增加的,同一時間常數(shù)Te條件下,隨 著功角的增加,所允許的Koi是減小的。心u50403020100圖9勵磁系統(tǒng)Te、Koi及S關(guān)系圖§ 134勵磁系統(tǒng)低勵限制發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的低勵限制的方程一般可分為直線型、模擬靜穩(wěn)圓型和功角型,分 別用下面的式、表示:2Q : KP -(A BU )(2)P2 (Q-U2Qo) (A 心)Q : (KP - A)U2,K 二 ctg(4)式中K表示限制線的斜率,A、B >0為常量,Q、FO表示圓心和半徑,P、Q為以 發(fā)電機(jī)額定視在功
14、率為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值,U表示機(jī)端線電壓標(biāo)幺值。如圖5所示:式(1)、 (2)、(3)表示的曲線與P軸和負(fù)Q軸各有一個交點(diǎn),隨機(jī)端電壓的下降曲線作相應(yīng)的偏 移(偏移后的曲線用虛線表示),由圖6可知,隨機(jī)端電壓的下降,低勵限制更容易動作, 可以有效地防止機(jī)端電壓進(jìn)一步降低。低勵限制在功率圖中的位臵示意如下圖所示:曲線1、2包圍的區(qū)域一人工穩(wěn)定區(qū);曲線3、4包圍的區(qū)域一低勵限制區(qū)。§ 135 ABB力磁系統(tǒng)PQ艮制器原理ABB力磁系統(tǒng)的低勵限制稱為P/Q限制器,P/Q限制器本質(zhì)上是一個欠勵限制器, 用于防止發(fā)電機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。該限制器的限制曲線由對應(yīng)五個有功功率點(diǎn) (P=0% P=25%
15、P=50% P=75% P=100%的五個無功功率設(shè)定值確定,五個有功功率點(diǎn)與機(jī)端 電壓的標(biāo)幺值U成正比,發(fā)電機(jī)電壓變化時,限制曲線隨之偏移。§ 2定子、轉(zhuǎn)子過熱限制與過負(fù)荷保護(hù)§ 2.1發(fā)電機(jī)勵磁繞組過負(fù)荷能力發(fā)電機(jī)對勵磁繞組的發(fā)熱有規(guī)定,轉(zhuǎn)子繞組能短時過電壓運(yùn)行,而不產(chǎn)生有害的變 形及接頭開焊現(xiàn)象,例如某600M機(jī)組的轉(zhuǎn)子繞組能承的短時過電流亦可按下式規(guī)定:(I 2 -1)t =33.75s( 5)式中:I轉(zhuǎn)子過電流的標(biāo)么值:t 持續(xù)時間。發(fā)電機(jī)定子繞組的能承受過電流能力的表達(dá)式與轉(zhuǎn)子短時過電流相似,在勵磁和保護(hù)中的定值設(shè)臵也很相似,下面以轉(zhuǎn)子過電流相關(guān)限制和保護(hù)配合整
16、定為例說明。§ 2.2勵磁調(diào)節(jié)器的過勵限制發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的過勵限制一般按照勵磁電流是否越限進(jìn)行調(diào)節(jié)器輸出控制,包括:1) 過勵反時限限制;2)瞬時電流限制兩部分。勵磁反時限限制、頂值電流瞬時限制、勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)主要是保護(hù)發(fā)電機(jī)勵磁 繞組,以免過熱.包括。勵磁設(shè)備過電流保護(hù)、快速熔斷器保護(hù)主要是保護(hù)整流設(shè)備,以免短路電流損壞元件。有的勵磁系統(tǒng)還有勵磁變相關(guān)保護(hù):1)勵磁變反時限過流保護(hù),對勵磁變本體過熱進(jìn)行保護(hù),在無勵磁繞組過負(fù)荷保 護(hù)時按照勵磁繞組過熱特性整定。2)勵磁變過流速斷保護(hù),反應(yīng)勵磁變內(nèi)部短路故障,以及對整流橋交流側(cè)或直流側(cè)短 路進(jìn)行保護(hù)。§ 2.3南瑞發(fā)變
17、組保護(hù)的勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)反應(yīng)勵磁繞組的平均發(fā)熱狀況。保護(hù)動作量既可以取勵磁變電流、勵磁機(jī)電流,也可以直接反應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流。對于勵磁機(jī),電流頻率可以整定為 50Hz、100Hz.包括:1)勵磁繞組定時限過負(fù)荷保護(hù):配臵一段跳閘、一段信號。2)勵磁繞組反時限過負(fù)荷保護(hù): 下限啟動, 反時限部分, 上限定時限部 分。上限定時限部分設(shè)最小動作時間定值。反時限動作示意圖為:當(dāng)勵磁回路電流超過下限整定值llszd時,反時限保護(hù)起動,開時累積,反時限保護(hù)熱積累值大于熱積累定值保護(hù)發(fā)出跳閘信號。 反時限保護(hù)能模擬勵磁繞組過負(fù)荷的熱積累過程及散熱過程反時限保護(hù)動作方程2(1 Ijzzd)-
18、1 t_KLzd式中Il:勵磁回路電流,Ijzzd:勵磁回路反時限基準(zhǔn)電流,KLzd:勵磁繞組熱容量系數(shù)定值。§ 2.4過勵限制與勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)配合整定第一節(jié)的600MW發(fā)電機(jī)為例,其額定勵磁電流為4128A,首先整定勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù):1)定時限op-Krei0.816 IfdnKr n= 1.050.816 41280.95 (5000/5)3.7A0.816 41285000/5=3.35 AC為轉(zhuǎn)子繞組過熱常數(shù),應(yīng)考慮一定的裕度,取33.73*0.9=30.4保護(hù)延時按躲過后備保護(hù)的最大延時以及強(qiáng)勵時間整定: 定時限延時10S動作于自動減勵磁,定時限報警為5S。2)反時限
19、C(lfI jz)2二 1式中:0.816" fdn I jz =n上限時間:取0.5S作用于程序跳閘。計算在2倍勵磁電流時的動作時間為:10sABE最大勵磁電流設(shè)臵:2)過熱限制值Itherm取額定勵磁電流;3)轉(zhuǎn)子等效加熱時間常數(shù)Tequiv=27,轉(zhuǎn)子等效冷卻時間常數(shù)Tcooling=1§ 3失磁后機(jī)端測量阻抗的變化發(fā)電機(jī)在不同的工況下,其機(jī)端測量阻抗的規(guī)跡不同。§ 3.1等有功阻抗圓正常運(yùn)行時,若維持發(fā)電機(jī)的有功不變,無功變化時機(jī)端測量阻抗的軌跡為阻抗復(fù) 平面上的一個園。將該園稱之為等有功阻抗園,如下圖上曲線所示。Xc 發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)聯(lián)系的等值電抗;Xd 發(fā)
20、電機(jī)同步電抗;Xd 發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗其圓心坐標(biāo)及半徑分別為UU2PjXs2P在上式中:Uc 無窮大系統(tǒng)電壓;P發(fā)電機(jī)維持的有功;Xc 系統(tǒng)等值阻抗;可知:發(fā)電機(jī)維持的有功越大,等有功阻抗園的半徑越小,與系統(tǒng)聯(lián)系電抗越大, 等有功阻抗園向jX正方向移動的距離越大。§ 3.2隱極機(jī)靜穩(wěn)極限阻抗圓在不同工況下,若維持發(fā)電機(jī)功角等于90°,則機(jī)端測量阻抗的軌跡為阻抗復(fù)平面上 的一個園,如圖所示。將該阻抗園稱之靜穩(wěn)極限阻抗園??梢钥闯鲮o穩(wěn)極限阻抗園,通過阻抗復(fù)平面上的0,Xc及0,Xd 1兩點(diǎn),其園心坐標(biāo)及半徑分別為X Xc2Xd Xc§ 3.3凸極機(jī)靜穩(wěn)極限阻抗圓不僅是水輪
21、機(jī)發(fā)電機(jī),大型汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)均存在 XdM Xq的情況,凸極發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極 限S小于90° ,其靜穩(wěn)圓方程在P-Q平面上是一條漸近線,所以映射不是標(biāo)準(zhǔn)圓,而是個滴狀圓,如下圖所示根據(jù)上式,機(jī)端測量阻抗:S =0° Z=xq ;3 =90 Z=xs;S =0。90°時,畫出的曲線如下圖所示:§ 3.4異步邊界阻抗園發(fā)電機(jī)或同步調(diào)相機(jī)失磁失步后,機(jī)端測量阻抗的軌跡必然進(jìn)入一個園內(nèi),將該園 稱之為異步邊界阻抗園,如下圖中的曲線所示。該園通過阻抗復(fù)平面上的0,-jXd及0,-jXd兩點(diǎn),其園心坐標(biāo)及半徑分別為Zci乙.Xd XdXd -Xd2§ 3.4 發(fā)
22、電機(jī)失磁后機(jī)端測量阻抗的軌跡發(fā)電機(jī)失磁后,由于有功功率維持不變而無功功率由送出向吸收變化,故機(jī)端測量 阻抗一定沿著等有功阻抗園由第1象限向第4象限變化;發(fā)電機(jī)失步后便進(jìn)入異步阻抗 園內(nèi)。另外,由于發(fā)電機(jī)有剩磁或發(fā)電機(jī)部分失磁時,在失磁失步運(yùn)行時,發(fā)電機(jī)除發(fā)出 異步功率之外,尚有正、負(fù)變化的同步功率,從而使機(jī)端的測量阻抗不平斷的變化(忽 大,忽?。?。在某些工況下可能忽而進(jìn)入阻抗園內(nèi),忽而又跑至園外。§ 3.5阻抗型失磁保護(hù)原理目前,在國內(nèi),普遍采用阻抗型失磁保護(hù)特別由低阻抗元件及轉(zhuǎn)子低電壓元件構(gòu)成 的失磁保護(hù)應(yīng)用較多。§ 低阻抗元件Z低阻抗元件的動作特性,為阻抗復(fù)平面上的一個
23、園。根據(jù)現(xiàn)場要求,該園可以整定 成靜穩(wěn)邊界園,異步邊界園或過坐標(biāo)原點(diǎn)的下拋園。R曲線1靜穩(wěn)邊界阻抗園;曲線2過坐標(biāo)原點(diǎn)下拋?zhàn)杩箞@;曲線3異步邊界阻抗園; 圓內(nèi)為低阻抗元件的動作區(qū)。§ 3.5.2轉(zhuǎn)子低電壓元件目前,國內(nèi)采用較多的轉(zhuǎn)子低電壓元件的動作特性,其動作判據(jù)是維持發(fā)電機(jī)功角=90°時轉(zhuǎn)子電壓的變化曲線。通常該曲線取與發(fā)電機(jī)有功功率有關(guān)的段折線式或II段折線式曲線。其動作方程為U fd :: U fdzd(U fd - U fdzd)Pn CnXdJfd0(P-PJ Pn "Pt-I fd U fdzd)UfdICn計算:Cn =cos2 jnsin3 jn查
24、表:kn二R/PnKnCnKnCnKnCn3.30.8475.60.9417.70.9683.60.8696.00.9488.00.9704.00.8916.30.9538.30.9724.30.9046.60.9578.70.9754.70.9196.80.9599.00.9765.00.9277.10.9629.50.9795.30.9357.40.96510.00.981§ 363 三相低電壓元件失磁故障只是一臺發(fā)電機(jī)的異常工況,但是如果失磁保護(hù)組成方案不 完善,有可能擴(kuò)大為局部系統(tǒng)的電壓(或無功)崩潰。是發(fā)電機(jī)發(fā)生失磁故 障可能時高壓母線嚴(yán)重下降將導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞,機(jī)端電壓
25、下降會導(dǎo)致 廠用輔機(jī)難以維持運(yùn)行。所以三相低電壓判據(jù)是失磁保護(hù)中一個非常重要 的判據(jù),設(shè)臵不正確往往會導(dǎo)致失磁保護(hù)不正確動作。整定規(guī)程中規(guī)定了系統(tǒng)低電壓的設(shè)臵范圍,與輔助判據(jù)與門出口。 實(shí)際上,系統(tǒng)低電壓與系統(tǒng)容量即系統(tǒng)阻抗大小有很大關(guān)系。一般發(fā)電機(jī) 組失磁保護(hù)的定值和邏輯多數(shù)在建設(shè)初期整定后就很少校核變更,但隨著 系統(tǒng)的容量擴(kuò)大及廠內(nèi)其它機(jī)組相繼投產(chǎn),三相低電壓定值重新整定和校 核非常必要。設(shè)Udz/U二Km,其與X軸相交的兩點(diǎn)按如下公式計算:當(dāng)U取主變高壓側(cè)電壓時,ZA=Zt+KZs/(k+1)ZB二Z+KZ/(k-1)當(dāng)U取機(jī)端電壓時:Za(機(jī)端)=Kn(Zt+Z)/(k+1)Zb(機(jī)端
26、)=Kn( Zt+Z)/(k-1)§ 動作邏輯探討:一段:阻抗+勵磁低電壓+有功功率與門,延時0.51.0S,動作于減出力。二段:三相低電壓(系統(tǒng))+勵磁低電壓,延時0.20.5s,出口:全停;三相低電壓(機(jī)端)+勵磁低電壓,延時0.20.5s,出口:切廠用電;三段:阻抗+勵磁低電壓,延時11.5S,動作于全?;虺烫?。§ 4低勵限制與失磁保護(hù)的配合整定§ 4.1低阻抗元件靜穩(wěn)阻抗園:.Xd - X cJ-2 -x d x c2異步邊界園:.(1.11.2)Xd 0.5XJj廠(1.1 1.2)Xd -0.5Xd2發(fā)電機(jī)失磁后進(jìn)入到異步圓的時間較長,在有功較大時可能
27、不進(jìn)入異步圓,在失步 后,由于還有一定的同步功率,測量阻抗異步圓可能進(jìn)入異步圓又返回。下拋園:乙= -j0.6Xd 乙=0.6Xd界于靜穩(wěn)圓與異步圓之間§ 4.2失磁保護(hù)動作方程映射至P-Q平面的方程設(shè)失磁保護(hù)阻抗圓的圓心為(0,X®,半徑為Rd,圓內(nèi)為動作區(qū),其方程為:2 2 2R2 (X X。)2Ro式中Xd 為圓心,Rd 為半徑,將 R=Uco或 /I , X=Usin/I , sin =Q/(UI) , 12=(P2+Q)/U 2, U、I為線電壓和相間電流的標(biāo)幺值,代入上式中化簡得到映射到P-Q平面的映射公式為:靜穩(wěn)圓,動作區(qū)域在圓外:2 2 p2 (Q-m2 ,
28、x°uRd -X o >0(8)異步圓,動作區(qū)域在圓內(nèi)P2 (Q -XoU2U2RoXo22o 2Ro2)(R。2 -X。2),R2 2O-Xo<o (9)Xe、X分別為以發(fā)電機(jī)基本電抗(X=U 2/S )為基值的包括主變電抗在內(nèi)系統(tǒng)電抗標(biāo) 幺值和發(fā)電機(jī)縱軸同步電抗不飽和值標(biāo)幺值,與Q軸相交與(o, U2/Xe)和(o, -U 2/Xd)兩點(diǎn),動作區(qū)在圓外。§ 4.3低勵限制與失磁保護(hù)的配合整定§ 431配合整定原則低勵限制的作用是當(dāng)勵磁電流下降到限制值時限制勵磁電流下降或增加勵磁電流, 使機(jī)組在運(yùn)行時不越過靜穩(wěn)極限。失磁保護(hù)根據(jù)機(jī)端測量阻抗而動作,當(dāng)
29、發(fā)電機(jī)失磁后 從機(jī)端測量阻抗必將從等有功圓越過靜穩(wěn)圓最后進(jìn)入到異步圓,動作方式為減出力、切 換廠用電、解列。從低勵限制和失磁保護(hù)的原理和動作行為可得到相互配合原則:發(fā)電 機(jī)從失磁到最后失穩(wěn)或失步,機(jī)端測量阻抗和功率都應(yīng)該先進(jìn)入低勵限制區(qū),然后過渡 到失磁保護(hù)圓(靜穩(wěn)圓或異步圓),在R-X平面上低勵限制圓可靠包含失磁保護(hù)阻抗圓, 在P-Q平面上失磁保護(hù)阻抗圓處在低勵限制線的下方,且相互之間的裕度充分合理、過 渡平穩(wěn),如下圖所示。(b) P-Q平面§ 432配合整定、校核方法及步驟(以隱極發(fā)電機(jī)為例)第一步,計算發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓計算以發(fā)電機(jī)容量為基準(zhǔn)的主變和系統(tǒng)阻抗標(biāo)幺值,在P-Q平面上,在
30、0.95Ug,計算的發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓坐標(biāo)和半徑為:a(丄2 XeXd)(10)(11)對于凸極發(fā)電機(jī),靜穩(wěn)臨界可以用圓來擬合,其失磁保護(hù)阻抗判據(jù)一般為蘋果圓,如果在P-Q平面整定校核,可以用可靠包圍蘋果圓的圓來擬合,再映射至P-Q平面第二步,確定低勵限制機(jī)端電壓按0.90Ug考慮,發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓要求越嚴(yán)格,并考慮20%勺靜穩(wěn)儲備系數(shù),靜 穩(wěn)圓與P正半軸和C負(fù)半軸相交的點(diǎn)表示為,以此兩點(diǎn)來確定低勵限制線,低勵限制點(diǎn)或 直線應(yīng)保持在這條線的附近。U2P正半軸:,1.2Xd 1.2Xe2Q 負(fù)半軸:-U/1.2Xd根據(jù)進(jìn)相試驗(yàn)結(jié)論對比校核,如果低勵限制與之沖突,調(diào)整低勵限制;用式(12)計算在最低廠用電壓
31、為95%U時的進(jìn)相深度S,S應(yīng)略低于與低勵限制 最低點(diǎn)。U S (Xt Xs) =1.05(12)第三步,用式(8)、( 9)將失磁保護(hù)阻抗圓映射至P-Q平面第四步,在P-Q平面上,將低勵限制、靜穩(wěn)圓、失磁保護(hù)圓按同一比例作圖,分析配合 關(guān)系的正確性。§4.4計算實(shí)例§ 機(jī)組參數(shù)300MW機(jī)組,參數(shù)如下:發(fā)電機(jī)額度容量S: 353MVA ;主變額定容量S :370MVA ;發(fā)電機(jī)同步電抗 兀:184.4% ;發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗Xd': 21.25% :變壓器電抗X:14.1%;系統(tǒng)電抗 X (100MVA最大方式):0.00968 ;0.04018 ;系統(tǒng)電抗Xs (1
32、00MVA最小方式)機(jī)端電壓U: 20kV;TA變比 nTA: 15000/5 ;TV變比 nTv: 20/0.1。§ 參數(shù)有名值計算X,=un2*nTA/(S g*ntv)=202*3000/(353*200)=17.00 Q (發(fā)電機(jī)基本阻抗)。 X=X*Sg/St =0.143*353/370=0.14(標(biāo)幺值)乂 (小) =X*Sg/100 =0.04018*353/100=0.14( 標(biāo)幺值)X. (大) =X*Sg/100 =0.00968*353/100=0.034( 標(biāo)幺值)%=1.84( 標(biāo)幺值)X/ =0.21 (標(biāo)幺值)§ 校核步驟、內(nèi)容低勵限制整定1
33、)整定靜穩(wěn)圓在P-Q平面可用式(1)表示P2Q -)2珂)(1)在機(jī)端電壓為0.95時,靜穩(wěn)圓的圓心和半徑為1、0.952 芒=210.140.1411.84)=1.372(X2)=1.861.841、0.95 /1)= (Xd 20.140.14靜穩(wěn)圓由上式可知,機(jī)端電壓越低,發(fā)電機(jī)越易失去靜穩(wěn),按規(guī)定,機(jī)端或高壓廠用電 最大偏差不能大于土 5%所以機(jī)端電壓按0.90Ue考慮,發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓要求越嚴(yán)格,并考 慮20%勺靜穩(wěn)儲備系數(shù),靜穩(wěn)圓與P正半軸和C負(fù)半軸相交的點(diǎn)表示為:P正半軸:2 2U20.90“=°.941.2Xd 1.2Xe 1.2,1.84*(0.14 0.14)2 2Q負(fù)半軸:-U/1.2Xd=0.90 / () =0.37,取 0.35兩點(diǎn)確定的直線為:K=0.35/0.94=0.37,b=0.35即 Q=0.37P-0.35低勵限制的整定的五個點(diǎn)應(yīng)該保持在直線附近或上方,且應(yīng)該保證發(fā)電機(jī)具有一定的進(jìn)相深度,
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