低励限制（精选3篇）
低励限制 篇1
0 引言
为控制系统电压,大机组进相运行,吸收电力系统中过剩的无功功率,降低电压,已经越来越多的作为一种重要的厂、网配合的调控手段。发电机进相运行是一种低励运行方式,在现场实际应用时要注意和发电机低励限制、失磁保护的配合,否则会引起机组失磁、失去静稳甚至失步。
励磁系统低励磁限制曲线采用P-Q平面坐标描述,发电机失磁保护阻抗动作方程采用R-X平面坐标描述。由于两者属于不同的坐标系,无法直观地比较两者的配合关系,配合不合理导致失磁保护误动的情况时有发生。为实现两者的定值整定配合,必须映射到同一坐标平面进行校核[1,2,3,4],大大增加了整定工作量,且易出现转换失误,导致失磁保护误动。
为实现低励限制与失磁保护的无缝配合,本文提出一种基于阻抗特性的低励限制方法,在R-X阻抗圆平面设定覆盖失磁保护阻抗园的低励磁限制阻抗圆。由于低励磁限制和失磁保护的阻抗判据采用同一坐标系,配合关系直观,大大减少了两者之间定值整定校对的工作量,确保低励限制先于失磁保护动作。
1 传统低励限制的整定和校核
1.1 低励限制曲线的整定
为确保发电机有一定的静态稳定裕度,励磁控制系统(AVR)在设计上均配置了低励限制器,当发电机一定的有功功率下,无功功率进相大于某一值时,增加励磁电流,限制无功功率,使机组在进相运行时不能超过限制曲线。低励限制动作曲线是按发电机不同有功功率静稳定极限及发电机端部发热条件确定[5,6]。不同的励磁系统采用的低励限制曲线不同,比较典型的有P-Q直线型、P-Q折线型、模拟静稳圆以及功角型低励限制。
当发电机有进相要求时,低励限制动作曲线一般可按静稳极限值留10%左右储备系数整定,并应注意与失磁保护的配合。当励磁电流过小时,低励限制应首先动作,若未启动限制作用,由失磁保护动作与停机。因此低励限制和失磁保护整定时,要保证失磁保护动作区大于低励限制动作区。
1.2 与失磁保护配合关系的校核
根据发电机保护整定导则,发电机失磁阻抗动作方程反映发电机机端测量阻抗的轨迹,在R-X平面坐标上描述。为校核低励限制与失磁保护的整定配合关系,需要将失磁保护阻抗判据的特性圆从R-X平面映射到P-Q平面。
设发电机机端电压和发电机机端电流则机端测量阻抗Z的计算公式为
式中:R为发电机机端测量阻抗的实部;X为发电机机端测量阻抗的虚部。
设失磁保护静稳阻抗圆的圆心为o′(0,x0),半径为R0,其方程为
式中:Xd为发电机的同步电抗;Xs为发电机与系统之间的联系电抗。
可见,静稳阻抗圆在P-Q平面上的映射是一个圆心为半径为的圆,圆外为动作区。
在P-Q平面上,可以直观地判断低励限制和失磁保护配合关系是否正确。若失磁保护边界在低励限制曲线下方,如图1所示,则表明低励限制和失磁保护配合关系是正确的。当发电机欠励或低磁时,发电机功率先进入低励限制区,当低励限制未启动作用才会进入失磁保护圆内(静稳圆或异步圆),可防止失磁保护误动。
在实际工程应用中根据失磁保护测试报告[7]中的特性曲线,将电压和电流量折算成功率,与低励限制曲线进行比较,可进一步验证两者的配合关系。
2 基于阻抗特性的低励限制方法的实现
将失磁保护阻抗圆映射到P-Q平面与低励限制曲线进行比较可以失磁保护与低励限制的配合关系,但大大增加了定值整定和校核的工作量,而且映射到P-Q平面的失磁保护阻抗圆,其圆心和半径随U变化,校核时需合理选择U的值。因此,传统的低励限制方法没有根本解决两种特性曲线难以匹配的问题。如果低励磁限制方法直接采用阻抗圆描述,则可避免不同坐标平面的相互折算。
低励磁限制应先于失磁保护静态稳定阻抗判据动作,考虑两者之间的配合关系,低励磁限制阻抗圆应比失磁保护静态稳定阻抗圆大,完全覆盖整个静态稳定阻抗圆,并留有一定的裕度,如图2所示。
为便于现场整定,低励磁限制阻抗圆可与静态稳定阻抗圆采用同一个圆心低励磁限制阻抗圆的半径取失磁保护静态稳定阻抗圆半径的K倍,即圆内为低励磁限制动作区,如图2所示。
图2对应的低励磁限制阻抗圆的动作方程为
如图2所示,发电机失磁保护异步阻抗圆在静态稳定阻抗圆内,而低励磁限制阻抗圆又完整包含静态稳定阻抗圆,且留有一定的裕度,在发电机低励运行时,发电机机端测量阻抗首先进入低励磁限制阻抗圆,低励磁限制延时40~60 ms动作于增大励磁电流,维持发电机稳定运行状态,可靠防止发电机失磁保护误动作。
3 结束语
与以往低励磁限制方法相比,基于阻抗特性的低励限制方法通过发电机机端的测量阻抗直接进行低励磁限制,而不是以往的通过P-Q平面来进行低励磁限制,使低励磁限制与失磁保护位于同一坐标系,无需进行坐标平面转换,更为直观,而且不用考虑转换过程中机端电压值的选取问题,实现了低励磁限制与发电机失磁保护阻抗判据的无缝配合,防止发电机低励运行时,低励磁限制滞后于失磁保护动作,造成发电机误跳机,同时也大大减少了两者之间定值整定校对的工作量。目前,基于该方法的低励控制器已在浙江部分发电厂的励磁控制系统中得到应用。
参考文献
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低励限制 篇2
针对发电机低励磁等不正常运行方式, 大型发电机变压器组 (以下简称发变组) 的继电保护装置中均装设失磁等保护。发电机自动励磁调节装置 (以下简称AVR) 通过调节、限制、切换等方法对励磁系统起到限制和保护的作用, 主要包括低励磁限制和保护、励磁过电流限制和保护、过励磁限制和保护等。其动作顺序是:先进行限制, 使AVR恢复至正常工作状态;当限制器动作后AVR仍不能恢复至正常工况工作时, 再由AVR的保护延时动作, 作用于将AVR由工作通道切换至备用通道或自动切至手动 (或再经延时将AVR切至50Hz手动) ;若仍不能恢复至正常工况工作, 则由发电机继电保护作用于停机[1]。
但是, 当前多数电厂的发变组保护在进行整定计算时, 容易忽略与AVR的配合, 导致一旦励磁系统出现异常, 发变组保护即动作于停机。为避免不必要的停机, 本文重点对发电机失磁保护与AVR低励限制的整定配合进行分析和实例介绍。
1 失磁保护与AVR低励限制的配合
发电机失磁保护和AVR存在一定的配合关系, 只有两者定值配合正确, 才能防止失磁保护误动作。然而实际运行情况表明, 由于整定时未考虑两者的配合或配合不合理而导致失磁保护误动时有发生, 特别是机组带较轻负荷进相运行时, 若低励限制整定得过于保守, 既限制了发电机进相能力的发挥, 也可能导致失磁保护误动[2]。文献[3]要求“最低励磁限制的动作应能先于励磁自动切换和失磁保护的动作”;文献[4, 5]中均对低励限制的动作曲线与失磁保护之间有明确的配合要求。
1.1 坐标转换
阻抗型失磁保护是在发电机机端的R-X测量阻抗圆平面上计算的, 而励磁调节器的低励限制环节是根据静态稳定极限圆并结合系统的无功储备整定的, 二者分别属于不同的坐标系, 无法直观地校核它们之间的配合关系。为此, 必须将两者归算到同一坐标平面上进行讨论。
(1) 对于汽轮发电机, 静稳极限圆在P-Q平面上的表达式为:
式中, P、Q分别为发电机的有功和无功功率;U为发电机机端电压;Xs为发电机与系统的联系电抗;Xd为发电机同步电抗。其中, 圆心坐标为, 半径为, 圆内是发电机的稳定运行区域。由于发电机运行在圆外时不能稳定运行, 因此低励限制单元应限制励磁电流继续减少。
(2) 将失磁保护动作方程映射至P-Q平面。设失磁保护阻抗圆的圆心坐标为 (0, X0) , 半径为R0, 圆内为动作区, 则其方程为:
映射至P-Q平面上, 静稳圆方程为:
式中, X0=- (Xd-Xs) /2;R0= (Xd+Xs) /2。静稳圆与Q轴相交于 (0, U2/Xs) 、 (0, -U2/Xd) 两点, 动作区在圆外。
映射至P-Q平面上, 异步圆方程为:
式中, X0=- (Xd+0.5 X′d) /2;R0= (Xd-0.5 X′d) /2, X′d为发电机暂态电抗不饱和值。异步圆与Q轴相交于 (0, -U2/Xd) 、 (0, -U2/ (2 X′d) ) 两点, 动作区在圆内。
根据以上公式, 可绘出发电机及AVR在P-Q平面上的各特性曲线, 如图1所示 (为了便于观察和说明问题, 只绘出第4象限部分) 。
1.2 失磁保护与低励限制的配合整定原则
失磁保护根据机端测量阻抗而动作, 当发电机失磁后, 机端测量阻抗必将从等有功圆越过静稳圆最后进入到异步圆, 动作方式为减出力、切换厂用电、解列。低励限制的作用是当励磁电流下降到限制值时限制励磁电流下降或增加励磁电流, 使机组在运行时不越过静稳极限。从失磁保护、低励限制的原理和动作行为可得到两者的相互配合原则:发电机从失磁到最后失稳或失步, 机端测量阻抗和功率都应该先进入低励限制区, 然后进入低励保护区, 最后过渡到失磁保护圆 (静稳圆或异步圆) , 在P-Q平面上失磁保护阻抗圆处在低励限制线的下方, 且相互之间的裕度充分合理、过渡平稳。
1.3 失磁保护与低励限制的配合整定
(1) 根据发电机的进相试验数据得曲线1。
(2) 根据发电机低励限制数据得曲线2。
(3) 将低励限制曲线向下平移一定值, 约为发电机额定无功的10%左右, 即为低励保护曲线3。
(4) 计算以发电机基本阻抗为基准的发电机和系统阻抗标幺值, 在P-Q平面上计算以发电机视在功率为基准的发电机静稳圆坐标和半径的标幺值, 即为曲线5。
(5) 考虑10%~20%的静态稳定储备系数、5%~10%的参数误差及一定的可靠系数, 即静稳圆坐标和半径的标幺值除以1.2~1.5后得到有裕度的静稳圆, 即为发电机失磁保护静稳边界圆曲线4。正如图1所示, 发电机励磁降低后, 低励限制先于低励保护和失磁保护动作, 满足文献[3~5]中的配合要求。
2 结束语
发变组保护定值整定计算是一个复杂繁琐的工程, 要求计算人员考虑各种运行工况及配合关系, 特别是与励磁调节器的配合。本文介绍了发电机失磁保护与AVR低励限制的配合整定原则和方法, 希望能够对整定计算人员有所启示。
参考文献
[1]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术[M].北京:中国电力出版社, 2005
[2]姚子麟.发电机进相运行对失磁保护的影响[J].浙江电力, 1998, 17 (6) :41~43
[3]GB/T 14285—2006继电保护和安全自动装置技术规程[S]
[4]DL/T 650—1998大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件[S]
低励限制 篇3
一般情况, 无功欠励曲线为直线或折线, 南瑞NES5100 励磁调节器是建立在P-Q平面内的五点折线, 用五个有功功率值对应五个无功功率值来设定限制曲线。在南自的DGT801 保护装置中, 根据不同的需要整定出不同的阻抗圆圆心和半径, 可以得到静稳边界阻抗圆, 或异步边界阻抗圆, 或过原点的下抛圆, 或用过原点的两根切线切去一部分阻抗满足进相运行。
因为NES5100 的欠励曲线建立在P-Q圆内, 而GDT801 的失磁保护在阻抗圆内, 因此下面首先将励磁欠励曲线与发电机失磁保护进行整定, 然后把失磁圆影射到P-Q圆内进行比较, 来确定范坪电厂#2 发电机的失磁保护与励磁系统的欠励限制配合是否符合规定[1]。
1 发电机机组的进相试验与低励限制曲线
1.1 进相试验结果
从表1 中, #2 机组自带厂用负荷, 在额定负荷下进相深度为- 81.15Mvar, 功率因数为0.970, 已达到技术要求[2]。
1.2 励磁系统低限限制的曲线的绘制
根据发电机的进相试验可以在P/Q面内得到一条进相曲线, 而5100 励磁系统采用的低励限制器是五点折线, 利用进相试验数据用五个无功率值对应五个有功功率水平来设定这条限制曲线。励磁调节器A、B套低励限制曲线设置见表2。
由表2 所得四条直线的数学表达式:
2 发电机的失磁保护
2.1 失磁后情况分析
根据以上推算可以看出, 不论是静稳圆还是异步圆, 失磁阻抗特性圆都在X轴上, 而且两个圆的下边相切于Xd, 静稳圆的上点边界交于X轴上1/2 (Xa+Xd) 点处;异步圆上, 为躲开震荡的影响, 上点边界应交于X轴上的1/2X'd点, 如图1。
2.2阻抗圆映射到功率圆的折算
式中, R, X分别为发电机的测量电阻, 电抗ZO为阻抗轴上的坐标, r为半径。
3 整定归算
3.1 配合参数整定
范坪公司发电机参数:P= 330 MW, SN=388MVA, cosφ=0.85, UN=20k V, Xd=198%, X'd=25%。
取10%的静稳储备, U=0.9, Pu可得异步圆方程
3.2 绘图分析
将低励限制的五点拟合所得4 条直线方程组成的曲线, 异步圆方程 (4) , 0进相试验数据点绘制在P-Q坐标里。从图2 中可以清楚的看出, 在P-Q坐标内, 发电机发生进相, Q由正变负的过程中, 首先经过发电机进相点, 其次是低励限制曲线, 然后是6.4% 静稳储备点绘制的静稳边界曲线, 最后再进入异步圆内。低励限制曲线, 进相试验点, 静稳边界全在异步圆外, 之间的过渡过程合理。
4结束语
从文献[5]中可得坪电厂#2发电机, 励磁NES5100系统的低励限制与发变组保护装置DGT801的失磁保护配合符合电力系统相关标准。
参考文献
[1]GB/T14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程[S].
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