低勵限制與失磁保護的配合(電科院)

1、低勵限制與失磁保護的配合的分析Analysis on Cooperation of Minimum excitation limit and Loss-of-field protection 三河發(fā)電有限責任公司（河北三河065201）郝雪平摘要：“發(fā)電廠并網(wǎng)運行安全性評價”要求驗證低磁勵限制與失磁保護的整定關(guān)系，在實際校核中，發(fā)現(xiàn)低勵限制是在(P-Q)平面進行計算的,而阻抗型失磁保護是在(R-X)阻抗圓平面進行分析的。提出了將兩者都歸算到(R-X)阻抗圓平面上比較的方法。關(guān)鍵詞：低磁勵限制；失磁保護；(P-Q)平面；(R-X)阻抗圓平面國華三河發(fā)電有限責任公司的2臺350MW發(fā)電機由日本三菱

2、公司制造，其勵磁系統(tǒng)由日本三菱成套供應(yīng)，勵磁調(diào)節(jié)器具有低磁勵限制功能。發(fā)電機-變壓器組繼電保護裝置由美國BMI公司設(shè)計，采用美國GE公司的微機保護。發(fā)電機的繼電保護裝置（DGP）具有阻抗式失磁保護。因此，低磁勵限制與失磁保護之間就存在配合問題。同時華北電網(wǎng)“發(fā)電廠并網(wǎng)運行安全性評價”要求驗證低勵磁限制與失磁保護的整定關(guān)系是否正確。顯然,無論是低勵限制或者失磁保護,其動作整定值均是以靜態(tài)穩(wěn)定極限功率圓為條件確定的。但是在實際校核中，發(fā)現(xiàn)低勵限制是在(P-Q)平面進行計算的,而阻抗型失磁保護是在(R-X)阻抗圓平面進行分析的。為了驗證兩者間的參數(shù)配合,必須將兩者歸算到同一平面上。1靜態(tài)穩(wěn)定功率阻抗

3、圓的制作眾所周知：對于發(fā)電機,其靜態(tài)穩(wěn)定功率極限圓的表達式為:P2+Q-U2/2（1/Xe-1/Xd） 2 =U2 /2（1/Xe+1/Xd） 2 （1）式中 P,Q-發(fā)電機的有功及無功功率;U-發(fā)電機電壓;Xe-發(fā)電機與無窮大系統(tǒng)的聯(lián)系阻抗;Xd-發(fā)電機縱軸同步電抗。此極限功率圓的圓心在Q軸上,圓心的坐標為0, U2/2（1/Xe-1/Xd）,半徑為U2 /2（1/Xe+1/Xd）發(fā)電機運行參數(shù)在功率極限圓內(nèi)是穩(wěn)定的,在圓外不能穩(wěn)定運行。勵磁調(diào)節(jié)器的低勵限制即按此功率極限圓整定的。如前所述,由阻抗特性構(gòu)成的失磁保護,其整定參數(shù)是在R-X阻抗圓平面上確定的。因此,如果能將發(fā)電機功率極限圓轉(zhuǎn)換為

4、以R-X表示的阻抗極限圓形式,則低勵限制與失磁保護之間的整定配合是否適宜,即可在同一平面上進行對比。依此,須將式(1)中的P、Q轉(zhuǎn)換為以R、X參數(shù)表示的形式。將P=UIcos,。Q=UIsin代人式(1)中,整理可得:U2I2-U3I(1/Xe-1/Xd)sin- U4/XeXd (2)考慮到:U/I=Z=R2+X2,U sin/I= X ,代入（2），化簡后可得：.1/ XeXd ×（R2+X2）+ X（1/Xe-1/Xd）-1=0 （3）將上式改寫為標準圓方程式:R2+X+（Xd- Xe）/2 2=（Xd+ Xe）/2 2 （4）式中R,X一分別為由發(fā)電機端測得的電阻和電抗。式(

5、4)所表示的圓(圖),即為發(fā)電機阻抗極限圓,其圓心在X軸上(縱軸),距坐標原點的距離為(Xd- Xe)/2,半徑為(Xd+ Xe）/2。與功率極限圓所不同的是,發(fā)電機的運行點在阻抗極限圓外是穩(wěn)定的,在圓內(nèi)則不能穩(wěn)定運行。三河發(fā)電廠一次系統(tǒng)： 1F 1B 2211 2212 2F 2B 2213 2214 圖1 三河發(fā)電廠一次系統(tǒng)1#、2#發(fā)電機參數(shù)：350MW，223MVAR，415MVA，23KV，X d=1.74 ，X d=0.205 1#、2#主變參數(shù)：420000KVA，uk=14%將上述參數(shù)換算成以1000MVA為基礎(chǔ)的標幺值：X d=1.74 *1000/415=4.19X d=0

6、.205*1000/415=0.49Xt=14%*1000*1/420=0.33考慮到三河電廠所處系統(tǒng)并非無窮大系統(tǒng)，應(yīng)考慮系統(tǒng)阻抗對靜態(tài)穩(wěn)定的影響，根據(jù)2003年華北調(diào)度局保護處提供的參數(shù)，歸算到三河220KV母線的電抗為：XC （系統(tǒng)電抗）=0.099(正常方式)； XC =0.1561（最小方式）。（1）正常運行方式靜態(tài)穩(wěn)定阻抗圓的制作：三北兩條線路、三翟兩條線路、兩臺機均運行。等值阻抗圖為 1F 419 033 2F 0。099 049 033 可化簡為 X d Xe 419 0419考慮到制作阻抗園圖時的方便，取其基準功率SH=415MVA，正常方式下運行端電壓較為實際接近取UHF=

7、095，則X d=419*415/1000=174Xe=0419*415/1000=0174將參數(shù)代入（4）中，可得出圓心為0， 0783，半徑為0957的園。見圖3中園1。（2）最小運行方式靜態(tài)穩(wěn)定阻抗圓的制作：三北一條線路、三翟兩條線路、一臺機運行。等值阻抗圖為 1F 419 033 0.1561 X d Xe 可化簡為 419 04861 考慮到制作阻抗園圖時的方便，取其基準功率SR=415MVA，最小運行方式下運行端電壓取UHF=090，則X d=419*415/1000=174Xe=04861*415/1000=0202將參數(shù)代入（4）中，可得出圓心為0，0769，半徑為0971的園

8、。見圖4中園1。2低勵限制阻抗圖制作根據(jù)勵磁調(diào)節(jié)器低勵限制整定：Q=（021P-0241）U2（p.u），1 p.u=415MW，將P=UIcos, Q=UIsin代人上式中,整理可得:I2Usin/I=（021 I2 Ucos/I-0241）U2 （5）考慮到Usin/I=X，Ucos/I=R ，I=U/Z=U/R2+X2 化簡后可得：(R-0.435U2) 2 +( X+2.075) 2=(0.435U2) 2+(2.075) 2 （6）正常方式下運行端電壓較為實際接近取U=095，作出阻抗園，可得出圓心為0.39，-2075，半徑為211的園。見圖3園2。 最小運行方式下運行端電壓取U=

9、090，作出阻抗園，可得出圓心為0.35，-2075，半徑為210的園。見圖4園2。3失磁保護對應(yīng)阻抗園制作。失磁保護的整定原則：（見圖2） 圖2 失磁保護整定的阻抗園：Zb=U2/S =23kv2/415MVA=1.27 , Xdb=Xd Xdb=Xd為方便比較，將有名值化為標幺值，Xd= Xdb* S/ U2=2.21*415 MVA /23kv2=1.74，Xd= Xdb* S/ U2=0.30*415 MVA /23kv2=0.234，Zb*=1.27* S/ U2=1.27*415 MVA /23kv2=1保護1（見圖2園40-1）C1= Zb*/2+ Xd/2=1/2+0.234/

10、2=0.617，R1= Zb*/2=1/2=0. 5?？紤]一定的裕量，如為20% 可得圓心為0.74 ,半徑為0.6的圓，見圖3、4中園3保護2（見圖2園40-2 ） C2= Xd /2+ Xd/2=1.74/2+0.234/2=0.987，R2= Xd /2=1.74/2=0.87?？紤]一定的裕量，如為20%。 可得圓心為1.184 ,半徑為1.04的圓，見圖3、4中園4園1靜態(tài)穩(wěn)定阻抗圓，園2低勵限制阻抗圖 園1靜態(tài)穩(wěn)定阻抗圓，園2低勵限制阻抗圖園3失磁保護1整定的阻抗園 園3失磁保護1整定的阻抗園園4失磁保護2整定的阻抗園 園4失磁保護2整定的阻抗園圖3正常運行方式下阻抗園組圖 圖4最小運行方式下阻抗園組圖 4分析與結(jié)論：判斷原則：發(fā)電機的運行點在阻抗極限圓外是穩(wěn)定的,在圓內(nèi)則不能穩(wěn)定運行。由圖3和圖4可得出結(jié)論：41、不論是正常運行方式，還是最小運行方式，低勵限制都能在失磁保護和靜態(tài)穩(wěn)定失去前發(fā)揮作用。整定正確。42、失磁保護1，處在失去靜態(tài)穩(wěn)定的臨界點。不能保證在靜態(tài)穩(wěn)定失去前跳閘，但在勵磁調(diào)節(jié)器