励磁与保护配合(向昀龙)

电能质量二0一四年七月国电湖南宝煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.励磁与保护配合二0一四年九月国电湖南宝煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.励磁限制与发变组保护的原则1、发电机具备短时过载能力。运行在极端工况下要有效、充分的利用发电机的过载能力。2、发电机过载时，必须要设立有效的限制与保护功能，以保证发电机各绕组、端部的安全。3、励磁限制与发变组保护的参数要进行协调匹配，

基本原则就是：在发电机运行安全允许范围内，限制先动，保护后动。国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.1、“过励限制”、“强励反时限限制”的术语解释；过励限制：a、励磁过流过热限制（强励反时限限制）

b、无功功率过励限制

c、瞬时强励限制

d、伏赫兹限制1、强励限制与转子过负荷保护的配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.2、强励反时限限制是指发电机转子绕组过电流的时间超过了限制功能所允许的时间，此时励磁调节器强励限制动作，强行减磁，把励磁电流拉回至额定值以下；3、转子过负荷保护是指发电机转子绕组过电流的时间超过了转子过负荷保护功能所允许的时间（若励磁与保护的参数匹配合理，那此种情况意味着励磁系统强励限制功能没能起到有效的限制作用），此时发变组保护动作（根据机组容量不同，发信或者出口跳闸）。1、强励限制与转子过负荷保护的配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.4、发电机转子绕组过负荷的能力对于汽轮发电机，标准GB/T7064-2008规定了汽轮发电机转子过电流的反时限特性，发热常数

C为33.75，典型的过流值与允许时间见右表。

针对其他的过流值所允许的时间，该标准给出了具体的函数如下：

其中：If表示励磁电流实际值，标幺值；C表示励磁绕组发热常数；t表示励磁电流持续的时间，单位是s；1、强励限制与转子过负荷保护的配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.

5、标准对发变组保护转子过负荷保护的要求

在《GB14285-2006继电保护技术规程》中第4.2.10中有如下说明：

300MW及以上的发电机其励磁绕组过负荷保护可由定时限和反时限两部分组成。

定时限部分：动作电流按正常运行最大励磁电流下能可靠返回的条件整定，带时限动作于信号和降低励磁电流。

反时限部分：动作特性按发电机励磁绕组的过负荷能力确定，并动作于解列灭磁或程序跳闸。保护应能反应电流变化时励磁绕组的热积累过程。

1、强励限制与转子过负荷保护的配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.6、启动值、限制值、级差等术语的解释◆启动值：不管是励磁系统的强励反时限限制，还是发变组保护的转子过负荷保护，启动值都是指只有当励磁电流的实际值超过了该数值，强励限制功能或者发变组保护功能才有可能动作。对于NES5100，在启动值以下，强励限制功能的积分闭锁（保持不动）即CSC-306中的。

考虑到：1）按照GB755的要求，发电机机端电压、频率允许一定范围内的波动，那么在额定功率因数和额定视在功率的工况下对应的励磁电流往往可以达到105%~110%之间；2）采样的误差

——因此一般来说励磁电流110%以下各类限制与保护不应动作。励磁强励限制的启动值一般设105%~110%之间，目前NES5100默认值设成105%（可修改）1、强励限制与转子过负荷保护的配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.保护的启动值一般比励磁强励限制功能的启动值大（1.05~1.1）倍，励磁强励限制启动值设成1.05，那么保护的启动值则应该在（1.1~1.15）倍左右，建议电厂设成1.1倍。◆限制值：限制值目前统一设成1，即额定励磁电流100%。它的用处主要是用于反时限公式的计算：

其中1就为限制值。◆级差：励磁限制功能与发变组保护配合的基本原则就是“在保证发电机安全的前提下，限制先动，保护后动”

中励磁限制功能与发变组保护功能动作的时间差，即为级差。例如：强励限制，启动值1.05，C设为30，则2倍励磁电流允许时间为10s；

转子过负荷保护，启动值1.1，C设为33.75，则2倍励磁电流允许时间11.25s；那么，在2倍额定励磁电流的情况下，级差为1.25s1、强励限制与转子过负荷保护的配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.

7、励磁系统强励反时限限制参数的整定

由公式可见，需要确定的参数有三个：◆顶值励磁电流倍数（转子电流短时容量倍数）；◆顶值励磁电流持续时间（转子电流短时时间）；

（注：以上两个参数确定之后，发热常数C随之确定）◆励磁电流长期运行最大值（转子电流长期容量倍数）1、强励限制与转子过负荷保护的配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.我厂#1机励磁系统强励限制定值：即启动值为1.1倍转子短时间10S转子短路倍数2倍计算得出C=301、强励限制与转子过负荷保护的配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.8、我厂四方的CSC-306，转子过负荷保护：转子过负荷保护也由定时限和反时限组成，定时限设一段发信。反时限动作与跳闸。转子过负荷保护反时限的动作判据为：分别为转子回路额定电流和转子绕组过热常数。且反时限转子过负荷启动电流IL2内部固定与定时限转子过负荷保护定值IL1相等。

1、强励限制与转子过负荷保护的配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.我厂#1机四方的CSC-306，转子过负荷保护定值：由右图可以看出：转子过负荷保护启动值为：1.167发热常数C=331、强励限制与转子过负荷保护的配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.2、强励限制与转子过负荷保护的配合实现

根据我厂#1机的定值强励限制，启动值1.10，C设为30，则2倍励磁电流允许时间为10s；

转子过负荷保护，启动值1.167，C设为33，则2倍励磁电流允许时间11s；由此可知，当转子电流大于1.1小于1.167时，强励限制动作将转子电流限制在1.1以下，当强励限制没起作用，电流超过1.167时，保护启动。而且在2倍额定励磁电流的情况下，级差为1s。综上所述，满足限制先动，保护后动。国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.1、定子电流限制与保护配合的目的1）为了避免发电机定子绕组因电流过大发热过多，有必要设立定子电流限制与保护功能；2）为了更好的利用发电机转子绕组过负荷能力，需要合理的整定定子电流限制与定子过电流保护值。一般说来，定子过电流限制的过热量要稍大于转子绕组过电流限制的过热量。

3、定子电流限制与定子过电流保护配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.2、定子绕组过电流能力

1）《GB/T7064-2008隐极同步发电机技术要求》对汽轮发电机定子绕组过电流能力有如下要求：◆额定容量在1200MVA及以下的电机，应能承受1.5倍的额定定子电流历时30s而无损伤。

◆对额定容量大于1200MVA的电机，应能承受1.5倍额定定子电流，但允许的过电流时间应由供需双方商定，可以小于30s；随容量增加过电流时间可减小，但最小为15s。◆容量小于1200MVA及以下发电机允许的过电流时间与过电流倍数由以下函数确定：

其中：I表示定子电流实际值，标幺值t表示当前的电流值下所允许的持续时间

3、定子电流限制与定子过电流保护配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.3、定子电流限制与发电机定子过电流保护的配合

励磁系统定子电流限制与发变组定子过电流保护具有相同的函数，即：

其中：I表示定子电流实际值，标幺值；t表示当前的电流下所允许的持续时间；C表示定子绕组发热时间常数，按照标准规定，最高为37.5s

启动值与强励限制相同，不再赘述。不同的是，为了留有级差，励磁定子电流限制的时间常数C一般会比定子过电流保护设定的小，一般取33.5。3、定子电流限制与定子过电流保护配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.4、定子电流限制功能的说明1）需要说明的是，NES6100励磁系统有此功能；NES5100励磁系统在老版本的程序中（新FPGA主机板V30010版本之前、老FPGA主机板V10005版本之前、NES5100B主机板V50006版本之前），没有定子电流限制功能，需要升级程序；2）NES6100励磁系统已在界面中添加定子电流限制；NES5100的界面中尚未添加定子电流限制，可通过修改GP临时变量与GP临时参数来完成；3）NES5100定子电流限制动作之后，在工控机界面上只有“综合限制”信号会报出，但定子电流限制信号可通过组态在开关量板上显示出来；3、定子电流限制与定子过电流保护配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.3、定子电流限制与定子过电流保护配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.3、定子电流限制与定子过电流保护配合5、NES5100定子电流限制参数的具体整定GP临时参数的设定（SCL功能实现）从图中可知定子绕组发热常数为33.75而启动值为固定值，参数上看不见，厂家提供为1倍。国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.4、定子电流限制与定子过电流保护配合与实现6、CSC-306D定子电流保护参数从参数可见启动定值为1.035倍定子绕组散热系数C=37.5对比励磁电流限制参数可知，限制先动保护后动。国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.5、伏赫兹限制与激磁保护的配合

1、由于发变组的主磁通与V/F成正比，而主磁通过大势必引起发变组过热，因而设置压频伏赫兹（V/F）限制。发电机过电压或低频率，要维持发电机机端电压，都会使发电机过磁通，引起过热，同时也会引起主变压器过磁通而过热。一般大型机组都根据发电机、变压器过磁通能力，安装有过激磁保护装置，在发生过激磁时跳机。励磁调节器内的V/Hz限制器要在过激磁保护动作之前将电压调节到允许的伏赫比水平之下，使发电机继续安全运行。

2、按照频率不同范围，V/Hz限制器功能可以分为两个部分：在频率大于45Hz（该值可以整定）时，将电压限制到设置的伏赫比水平以下；当频率小于45Hz，空载时实施逆变灭磁，负载时由保护动作联跳发电机出口开关和灭磁开关保护发电机。

国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.3、伏赫兹限制器属于附加控制类型其动作应当具备一定的启动时间和启动条件。伏赫兹限制器应当在过激磁保护动作之前将电压限制有效范围之内，综合考虑伏赫兹限制器与PSS的相互影响，采用反时限特性限制器。可以使之在过电压下加速动作，而低伏赫比下能够比较长时间运行。5、伏赫兹限制与激磁保护的配合国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.5、伏赫兹限制与激磁保护的配合实现1、

NES5100的V/F限制器参数设置：

VHz限制频率最小值：VHz限制动作最小频率45Hz

VHz限制恒比例给定：VHz限制动作值（定子额定电压与50Hz的比值），一般设为1.06

VHz限制动作时间：一般设为0.6S

VHz限制返回时间：一般设为10S

VHz逆变动作时间：一般设为1S我厂#1机伏赫兹限制定值：国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.2、过激磁保护反应过激磁倍数而动作，过激磁倍数定义：过激磁保护由定时限和反时限组成，其中定时限设告警段，反时限动作特性曲线由输入的反时限下限过激倍数、反时限上限过激倍数，分成7段如下图所示。5、伏赫兹限制与激磁保护的配合实现国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.3、从我厂发电机保护过激磁保护定值：国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.6、伏赫兹限制与激磁保护的配合实现4、从我厂励磁系统和发电机保护定值上可以看到：

励磁系统的伏赫兹限制动作值为1.06倍，动作时间为0.6S

发电机保护的过激磁保护告警段动作值为1.1倍，而时间为10S；第二段反时限中，过激磁反时限动作下限为1.08过激磁反时限动下限作时间为1000S从我厂定值设定上可以看到，满足限制先动，保护后动。国电湖南宝庆煤电有限公司GUODIANHUNANBAOQINGPOWER&COALCO.,LTD.1、发电机在运行时可能会出现如下工况：运行人员或监控系统通过修改