淺談桐柏失磁保護(hù)與欠勵(lì)限制器的配合

1、淺談桐柏失磁保護(hù)與欠勵(lì)限制器的配合陳靈峰 龔劍超（桐柏抽水蓄能發(fā)電有限公司）【摘要】本文通過(guò)對(duì)桐柏失磁保護(hù)和欠勵(lì)限制器的整定的計(jì)算，討論失磁保護(hù)和低勵(lì)限制器的配合問(wèn)題，并且提出相應(yīng)的解決措施?！娟P(guān)鍵詞】桐柏 失磁保護(hù) 最小勵(lì)磁電流限制器 功角限制器 配合1 簡(jiǎn)介桐柏抽水蓄能電站發(fā)電電動(dòng)機(jī)保護(hù)采用奧地利VA TECH公司生產(chǎn)的微機(jī)保護(hù)，其中發(fā)電工況和抽水工況各設(shè)有一套失磁保護(hù)，采用的邏輯是ME323 78MHO UNDEREXC. MHO 3-PH AC LOGIC。電站的勵(lì)磁系統(tǒng)也是由奧地利VA TECH公司生產(chǎn)的，屬于自并勵(lì)可控硅靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)。在自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)模式下帶有各種限制器，其中包含

2、最小勵(lì)磁電流限制器和功角限制器（兩者都屬于欠勵(lì)限制器）。2 失磁保護(hù)邏輯及整定桐柏失磁保護(hù)的電壓、電流均取自發(fā)電機(jī)機(jī)端，并采用了如圖1所示的邏輯。整個(gè)失磁保護(hù)邏輯分為兩段：一段：當(dāng)測(cè)量阻抗進(jìn)入失磁阻抗圓內(nèi)，則延時(shí)3秒保護(hù)出口跳閘；二段：當(dāng)測(cè)量阻抗進(jìn)入失磁阻抗圓內(nèi)，同時(shí)勵(lì)磁變低壓側(cè)B相電流小于整定值0.1A時(shí)，保護(hù)延時(shí)1秒動(dòng)作出口跳閘。2.1失磁保護(hù)阻抗圓的整定如圖1所示：阻抗圓的半徑，所以阻抗圓圓心坐標(biāo)為圖1 桐柏失磁保護(hù)邏輯圖2.2二段中電流定值的整定勵(lì)磁變低壓側(cè)額定電流其中：勵(lì)磁變低壓側(cè)額定電流 勵(lì)磁變額定容量 勵(lì)磁變低壓側(cè)額定電壓勵(lì)磁變低壓側(cè)電流互感器的變比為2000/1，所以低壓側(cè)二次

3、電流在廠家的計(jì)算中，取10的，即0.0803A，然后取作為二段中電流判據(jù)的整定值。也就是當(dāng)機(jī)端測(cè)量阻抗進(jìn)入阻抗圓內(nèi)，且勵(lì)磁變低壓側(cè)二次電流值低于0.1A時(shí)，失磁保護(hù)延時(shí)1秒出口跳閘。3 最小勵(lì)磁電流限制器（無(wú)延時(shí)）最小勵(lì)磁電流限制器主要由一個(gè)比例積分環(huán)節(jié)構(gòu)成，如圖2所示。圖2 最小勵(lì)磁電流限制器圖2中：IPMIN最小勵(lì)磁電流限值，0.125p.u.IPIW勵(lì)磁電流實(shí)際值FRMin比例積分模塊當(dāng)勵(lì)磁電流實(shí)際值小于最小勵(lì)磁電流限制值時(shí)，最小勵(lì)磁電流限制器啟動(dòng)，增加勵(lì)磁電流的輸出，使勵(lì)磁電流穩(wěn)定在允許的范圍之內(nèi)。 最小勵(lì)磁電流限值IPMIN=0.125p.u. 將其轉(zhuǎn)換成有名值：（1773A是勵(lì)磁額

4、定電流，直流）轉(zhuǎn)換到勵(lì)磁變低壓側(cè)：（交流）再折算到二次側(cè)：也就是說(shuō)當(dāng)勵(lì)磁變低壓側(cè)的二次電流低于0.09A時(shí)，最小勵(lì)磁限制器就會(huì)動(dòng)作。4 功角限制器當(dāng)功角超過(guò)允許值時(shí)，功角限制器會(huì)動(dòng)作，阻止機(jī)組失去穩(wěn)定。它的原理如圖3所示：圖3 功角限制器圖3中：DEIW功角實(shí)際值 DESWD功角限制的微分 DESW功角限制值（70º） FRDT1比例微分環(huán)節(jié) FRPI比例積分環(huán)節(jié)桐柏功角限制器中功角的限制值DESW設(shè)為70º。5 失磁保護(hù)與欠勵(lì)限制器的配合根據(jù)大中型水輪發(fā)電機(jī)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)及裝置技術(shù)條件（DL/T583-2006）第4.4.1條d)的規(guī)定：欠勵(lì)限制器在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行情況下

5、，調(diào)節(jié)器應(yīng)能保證發(fā)電機(jī)在PQ曲線限制范圍內(nèi)運(yùn)行。當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)因?yàn)槟撤N原因超出限制范圍，調(diào)節(jié)器應(yīng)能立刻自動(dòng)的將發(fā)電機(jī)運(yùn)行點(diǎn)限制到PQ限制曲線內(nèi)。欠勵(lì)限制器為瞬時(shí)動(dòng)作，以防止故障情況下機(jī)組失步。欠勵(lì)限制要與失磁保護(hù)配合，欠勵(lì)限制動(dòng)作應(yīng)先于失磁保護(hù)。也就是說(shuō)，當(dāng)發(fā)電機(jī)因?yàn)槟撤N原因進(jìn)相后，必須由欠勵(lì)限制器先動(dòng)作，增加勵(lì)磁電流，將發(fā)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)拉回到PQ曲線允許的運(yùn)行范圍之內(nèi)。當(dāng)欠勵(lì)限制器的作用不足以保證發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，機(jī)組進(jìn)相深度不斷加深，直到機(jī)端阻抗進(jìn)入失磁保護(hù)阻抗圓的圓內(nèi)后，由失磁保護(hù)動(dòng)作滅磁停機(jī)。這就要求失磁保護(hù)不能早于欠勵(lì)限制器動(dòng)作。5.1 先看桐柏失磁保護(hù)和最小勵(lì)磁電流限制器的配合。失磁

6、保護(hù)中勵(lì)磁變低壓側(cè)電流的整定值為0.1A，而最小勵(lì)磁電流限制器的最小勵(lì)磁電流限制值為0.09A（折算到勵(lì)磁變低壓側(cè)的二次值）。當(dāng)發(fā)電機(jī)在某一時(shí)刻由于某種原因發(fā)生了失磁故障，機(jī)端阻抗值進(jìn)入失磁保護(hù)的整定阻抗圓內(nèi)，假設(shè)此時(shí)的功角并未達(dá)到勵(lì)磁功角限制器的設(shè)定值（即功角限制器不會(huì)動(dòng)作），而勵(lì)磁變低壓側(cè)二次電流實(shí)際值，于是我們可以看到，勵(lì)磁變低壓側(cè)二次電流低于失磁保護(hù)的整定值，但是卻高于最小勵(lì)磁電流限制器的設(shè)定值。這就導(dǎo)致了失磁保護(hù)二段在延時(shí)1秒后馬上出口跳閘，而最小勵(lì)磁電流限制器卻不會(huì)動(dòng)作（見(jiàn)圖4），這明顯不符合大中型水輪發(fā)電機(jī)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)及裝置技術(shù)條件的要求。圖4 失磁保護(hù)與最小勵(lì)磁電流限制器的

7、不正確配合5.2 再來(lái)看失磁保護(hù)和勵(lì)磁功角限制器的這種配合?？梢愿鶕?jù)式（1）計(jì)算出失磁阻抗圓內(nèi)（上）點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功角： 式（1）上式中 有功標(biāo)幺值 無(wú)功標(biāo)幺值 機(jī)端電壓標(biāo)幺值（相電壓） 發(fā)電機(jī)交軸電抗（換算到保護(hù)裝置的標(biāo)幺值）系統(tǒng)阻抗（這里僅將主變短路阻抗作為系統(tǒng)阻抗，其值也是換算到保護(hù)裝置的標(biāo)幺值）， 分別為保護(hù)裝置的額定電壓（線電壓）和額定電流，分別為100V和1A選擇圖5中的A、B兩點(diǎn)，根據(jù)式（1），可以分別算出它們對(duì)應(yīng)的功圖5 特殊點(diǎn)A、B對(duì)應(yīng)的功角值角值，計(jì)算過(guò)程如下：根據(jù)圖5所示，可知A點(diǎn)的模值和相角分別為0.6982和-39.4°。假設(shè)此時(shí)電流值為1A，則根據(jù)可以算出：。則

8、：代入式（1）后得：同理可得：由此可以看出在異步阻抗圓內(nèi)，有一部分點(diǎn)在它們對(duì)應(yīng)的功角小于勵(lì)磁功角限制器設(shè)定值（70º）時(shí)，就進(jìn)入了失磁保護(hù)的異步阻抗圓，也就是說(shuō)這部分點(diǎn)會(huì)使失磁保護(hù)先于功角限制器動(dòng)作。5.3 從以上計(jì)算分析中可以發(fā)現(xiàn)，失磁保護(hù)與勵(lì)磁低勵(lì)限制器的配合不符合大中型水輪發(fā)電機(jī)靜止整流勵(lì)磁系統(tǒng)及裝置技術(shù)條件的要求，它沒(méi)有發(fā)揮勵(lì)磁系統(tǒng)在維持機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行方面的先行作用，使得最小勵(lì)磁電流限制器和功角限制器沒(méi)有起到應(yīng)有的作用。這對(duì)于機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性是不利的。6 解決措施正確的配置應(yīng)當(dāng)是最小勵(lì)磁電流限制器的動(dòng)作曲線在失磁保護(hù)的右邊，且兩者之間有一定的裕度，同時(shí)應(yīng)使失磁保護(hù)阻抗圓上（內(nèi)）

9、的任一點(diǎn)的功角都大于70º。這樣，當(dāng)最小勵(lì)磁電流限制器或功角限制器的動(dòng)作不起作用時(shí)，才能由失磁保護(hù)動(dòng)作來(lái)切除故障?？梢酝ㄟ^(guò)以下有四種措施來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題：措施一：降低失磁保護(hù)二段勵(lì)磁變低壓側(cè)電流的定值。目前的，最小勵(lì)磁電流限制器的設(shè)定值，那么將降低到0.09A以下就可以了；措施二：抬高最小勵(lì)磁電流限制器的設(shè)定值。將的值抬高到0.1A以上，就可以保證最小勵(lì)磁電流限制器先于失磁保護(hù)動(dòng)作。措施三：降低功角限制器的功角限制值，使其小于失磁保護(hù)阻抗圓上（內(nèi)）任一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的功角。措施四：對(duì)失磁保護(hù)阻抗圓重新進(jìn)行整定，使其上（內(nèi)）的任一點(diǎn)的功角大于功角限制值。7 結(jié)語(yǔ)由于作者水平有限，本文關(guān)于失磁保護(hù)和欠勵(lì)限制器的配合問(wèn)題，僅僅在理論上做了些淺顯的探討。特別對(duì)于措施二和措施三，雖然抬高最小勵(lì)磁電流限制器的設(shè)定值和降低功角限制值在操作上很容易，但是這么做的結(jié)果必然會(huì)使發(fā)電機(jī)允許的穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)域變小，這就對(duì)最大限度發(fā)揮發(fā)電機(jī)本身的靜穩(wěn)特性產(chǎn)生負(fù)面的影響。怎樣將這種影響降到最小又能滿足失磁保護(hù)和限制器的配合，是個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題。而對(duì)于重新整定失磁保護(hù)異步阻抗圓的措施四