发电机过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制配合关系的研究

发电机过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制配合关系的研究

陈其林

重庆大唐国际石柱发电有限责任公司

摘要：发变组保护与励磁系统是发电厂继电保护中重要的一部分，同时也是继电保护整定计算的重点、难点所在。发变组保护与励磁系统限制的合理配合、整定，关系到机组、电网的安全稳定，同时也是网源协调参数核查中的重要部分。本文通过对某火力发电公司的2×350MW机组的继电保护整定计算，分析阐述了发变组过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制的配合关系，对发电企业的励磁和发变组保护装置的整定计算、配合、校核有着较好的参考意义。

关键词：过激磁保护、伏赫兹限制、配合

1引言

发电机运行时，机端电压和发电机频率的比值有一个允许安全工作范围，当电压和频率的比值超过安全范围后，容易导致发电机及主变过激磁和绕组过热的现象，因此当伏赫兹比值超出了安全范围时，必须对发电机机端电压的幅值进行限制，控制发电机机端电压随发电机频率变化而变化，维持伏赫兹比值在允许的安全范围之内。

在国家能源局颁布的《大型汽轮发电机励磁系统技术条件》（DL/T 843-2010）中6.5.11规定：自动电压调节器的伏/赫兹限制特性应于发电机及主变压器的过激磁特性相匹配，应具有定时限和反时限特性，发电机动态过程的励磁调节应不受电压/频率比率限制单元的影响。反时限特性宜采用非函数形式的多点表述方式，应与过激磁保护的定时限和反时限特性配合，遵循伏赫兹限制先于过激磁保护的原则。

2发电机过激磁保护和系统伏赫兹限制分析

2.1过激磁保护的原理

发电机(变压器)会由于电压升高或者频率降低而出现过激磁，如与系统并列运行的变压器，由于分接头连接不正确，使变压器的电压过高引起过激磁。对于升压变压器的过激磁，大多数在未与系统并列的情况下发生，主要原因有：发变组在与系统并列之前，由于操作上的过失，误加了较大的励磁电流;发电机起动过程中，转子在低速下预热时，由于操作上的过失，误将发电机电压上升到额定值，使变压器由于频率低而产生过激磁;在切除机组的过程中，主汽门关闭，出口断路器断开，而灭磁开关拒动，此时原动机减速，但自动调节励磁装置力求保持机端电压为额定值，从而使变压器因频率降低而引起过激磁。事实上，正常情况下突然甩负荷也要引起相当严重的过激磁。因此，大容量变压器应装设过激磁保护。对于300MW及以上发电机，当发电机与主变压器之间无断路器而共用一套过励磁保护时，其整定值按发电机或变压器过励磁能力较低的要求整定。当发电机及变压器间有断路器而分别配置过励磁保护时，其定值按发电机与变压器允许的不同过励磁倍数分别整定。发电机过激磁保护定值如表1所示。

表1.过激磁保护定值表

注： 1973：跳主变高压侧（1号机201、2号机202）、跳灭磁开关（1号机1MK、2号机2MK）、启动主变高压侧失灵、解除高压侧复压闭锁、跳脱硫变低压侧（1号机61T01、2号机62T01）、启动高厂变A分支切换（跳A分支）、启动B分支切换（跳B分支）

过激磁倍数N定义如下：

（1）

式中：U、f为运行电压和频率；

、 为发电机额定定压（20kV）和额定频率（50HZ）；

、 为电压和频率的标幺值；

为磁通量及额定磁通量。

根据式1得定时限过励磁保护过励磁I段N值为：

，t=0.5s （2）

过激磁报警段N值为：

，t=9s （3）

对于反时限过励磁，由公式1计算得出结果如表2所示。

表2.反时限过励磁整定值表

由表2可以得出不同U/F倍数与动作时间T（s）值的对应关系如图1所示。

图1.U/F倍数与动作时间T（s）值的对应关系图

2.2伏赫兹限制原理

发电机运行时，发电机机端电压与发电机频率的比值有一个安全工作范围，当伏赫兹比值超过安全范围时，容易导致发电机过激磁和过热现象，因此当伏赫兹比值超出安全范围时，必须限制发电机端电压幅值，控制发电机端电压随发电机频率变化而变化，维持伏赫兹比值在安全范围内，此项功能称为伏赫兹限制（HXL）。

当伏赫兹比值超出1.08时，伏赫兹限制启动，调低发电机端电压并预留一定的安全裕度。另外发电机空载时，当发电机频率低于整定值（45Hz）时，实际发电机组不允许继续维持机端电压，此时，需发出逆变触冲，励磁系统逆变灭磁。

伏赫兹（V/F）限制动作条件为过电压或低频率。发电机负载时，由于发电机频率即为系统频率，实际负载伏赫兹（V/F）限制主要为过电压限制。发电机空载时，由于发电机电压和频率的比值与发电机励磁电流成比例关系，实际空载伏赫兹（V/F）限制主要为过电流限制。

伏赫兹保护在伏赫兹限制的基础上实现，由于伏赫兹（V/F）实质上表现为空载过激磁和负载过电压，当励磁装置控制失灵时，如果发电机励磁电流上升，伏赫兹（V/F）值必然超出安全范围，即使伏赫兹（V/F）限制功能正确动作，也无法将发电机从过励磁工况调节回正常工况，此时，故障励磁装置必须退出运行，同时将调节器主通道切换至另外的完好励磁调节装置，从而保证发电机及励磁系统安全稳定运行。伏赫兹（V/F）保护整定范围比伏赫兹限制整定范围要大，其动作延时时间也比伏赫兹延时时间长。当伏赫兹（V/F）值高于伏赫兹（V/F）保护整定值，伏赫兹（V/F）保护启动并进行及时，延时时间到后，伏赫兹（V/F）保护动作出口，调节器执行主从通道切换，闭锁故障调节器装置通道输出。

本次分析中励磁装置的V/HZ限制定值如表3所示。

表3. V/HZ限制定值表

伏赫兹动作下限值	108%
限制定值间隔倍数	5%
限制下限动作时间	300s
限制1点动作时间	142.5s
限制2点动作时间	30s
限制3点动作时间	7.7s
限制4点动作时间	1s
伏赫兹逆变频率值	45Hz

反时限限制动作值如表4所示。

表4. 反时限限制动作值表

U/f	1.28	1.23	1.18	1.13	1.08
T(s)	1	7.7	30	142.5	300

由表4可以得出励磁系统伏赫兹限制U/F倍数和动作时间T（S）的关系曲线如图2所示。

图2.伏赫兹限制U/F倍数和动作时间T（S）的关系图

3发电机过激磁保护和系统伏赫兹限制配合

通过第2章中的分析可以得出发电机过激磁动作与励磁系统伏赫兹限制的配合实现动作时间的关系如图3所示。

图3. 过激磁动作与励磁系统伏赫兹限制的配合实现关系图

注：图3中系列1和系列2分别代表着伏赫兹限制和过激磁保护的U/F倍数与动作时间的关系曲线。

在图3中我们能清晰的看出发电机过励磁保护与系统的伏赫兹限制满足励磁限制先于过激磁保护动作的配合关系。

4 结语

发电机发生过激磁故障时并非每次都造成设备的明显破坏，但多次反复过激磁，将因过热而使绝缘老化，降低设备的使用寿命；因此现代的发电机都配有完备的限制和保护功能，从而能对发电机各种极限运行工况及时做出反应，确保机组的安全运行。在发电机励磁调节器上配有V/Hz限制(伏赫兹限制)功能，在发变组上都装有过激磁保护，本文通过发变组保护定值和励磁调节器的限制值的整定计算，阐述了发电机过励磁保护与系统的伏赫兹限制的配合关系，对励磁系统和发电机提供了更完善的限制和保护

参考文献

[1] DLT 684-2012 《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》

[2] DLT 843-2010 《大型汽轮发电机励磁系统技术条件》

[3] 高春如 《大型发电机组继电保护整定计算与运行技术》 2010年6月第二版

[4] JB63-DL／T 1309-2013 《大型发电机组涉网保护技术规范》

[5] LC15-DLT 1166-2012 《大型发电机励磁系统现场试验导则》