基于阻抗平面失磁保護(hù)與低勵(lì)限制的校核計(jì)算

舒錦宏，夏 丹，蔣 勇

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

基于阻抗平面失磁保護(hù)與低勵(lì)限制的校核計(jì)算

舒錦宏，夏 丹，蔣 勇

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司緊水灘水力發(fā)電廠，浙江 麗水 323000）

發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)與勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制相互配合對(duì)于機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，為了提高機(jī)組的穩(wěn)定性能，保障系統(tǒng)電網(wǎng)的運(yùn)行安全，必須保證發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行過程中，勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制功能先于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)功能動(dòng)作，防止發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)在勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制器動(dòng)作前解列發(fā)電機(jī)。校核低勵(lì)限制能否在失磁保護(hù)之前發(fā)揮調(diào)控作用，保證系統(tǒng)的靜穩(wěn)儲(chǔ)備，是整定計(jì)算中必不可少的一部分。該計(jì)算方法以發(fā)電機(jī)失磁阻抗值為基準(zhǔn)，將發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況有功-無功即P-Q映射到阻抗R-X平面上統(tǒng)一分析計(jì)算。校核失磁保護(hù)與低勵(lì)限制器的配合。

阻抗平面；失磁保護(hù)；低勵(lì)限制；校核計(jì)算

1 引言

緊水灘電廠裝有6臺(tái)55 MW由哈爾濱電機(jī)廠制造的發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置采用美國(guó)SEL公司的發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置（SEL-300G），具有阻抗式失磁保護(hù)，能夠在發(fā)電機(jī)失磁后及時(shí)動(dòng)作保護(hù)發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)不受失步運(yùn)行的危害。勵(lì)磁系統(tǒng)采用廣州電器科學(xué)研究院的EXC9000型全數(shù)字式靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由A、B、C 3通道組成。A通道是主運(yùn)行通道，B通道是主備用通道，C通道為輔助備用通道。A、B通道是硬件和軟件結(jié)構(gòu)完全相同的微機(jī)通道，可完成調(diào)節(jié)器的所有功能。

發(fā)電機(jī)發(fā)生低勵(lì)失磁故障后，低勵(lì)限制器和失磁保護(hù)將按照各自的參數(shù)配合動(dòng)作，以確保發(fā)電機(jī)和電力系統(tǒng)的安全。DL_T583-2006《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》4.4.1（d）（欠勵(lì)磁限制要與失磁保護(hù)配合，欠勵(lì)磁限制動(dòng)作應(yīng)先于失磁保護(hù)），要求驗(yàn)證低勵(lì)磁限制與失磁保護(hù)的整定關(guān)系是否正確。由于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)參數(shù)的整定計(jì)算位于阻抗平面（R-X），而低勵(lì)限制器參數(shù)的整定計(jì)算位于功率平面（P-Q），因此將兩者轉(zhuǎn)化到同一平面（R-X）進(jìn)行計(jì)算分析，校核勵(lì)磁調(diào)節(jié)器具有低勵(lì)磁限制功能，能夠使得發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)不進(jìn)入異步阻抗圓邊界范圍。

本文以其中1臺(tái)發(fā)電機(jī)組參數(shù)為例，進(jìn)行發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)與勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制配合的校核計(jì)算。

2 校核計(jì)算

2.1 發(fā)電機(jī)組電氣參數(shù)（表1）

表1發(fā)電機(jī)組電氣參數(shù)

2.2 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)阻抗整定值

發(fā)電機(jī)二次額定電壓VNOM=UN/nTV=10.5 kV/100=1.05 kV=105 V

nTV——電壓互感器變比，10/0.1=100

發(fā)電機(jī)二次額定電流 INOM=SN/ （1.732×UN）/nTA=64 700/（1.732×10.5）/800≈4.447（A），取 4.4 A

nTA——電流互感器變比，4 000/5=800

依據(jù)《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》，按照《SEL-300G使用手冊(cè)》進(jìn)行失磁保護(hù)阻抗整定計(jì)算：

失磁異步阻抗園直徑40Z1P=VNOM/（1.732×INOM）=105/（1.732×4.4）≈13.8（Ω）

偏移阻抗

40XD1'=-Xd'/2=-0.308/2=-0.154

40XD1=-0.154×13.8Ω=-2.1252Ω,取 40XD1=-2.1Ω

圖1失磁保護(hù)異步阻抗圓

發(fā)電機(jī)運(yùn)行測(cè)量阻抗落入以O(shè)'為圓心AB為直徑的異步阻抗圓時(shí)，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)阻抗測(cè)量元件將會(huì)動(dòng)作，經(jīng)過其他元件閉鎖延時(shí)后動(dòng)作發(fā)電機(jī)停機(jī)解列。

2.3 發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁進(jìn)相參數(shù)（表2）

表2發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁進(jìn)相參數(shù)

2.4 校核核算

選用發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)A調(diào)節(jié)器為例進(jìn)行校核計(jì)算：

失磁保護(hù)整定值40XD1=-2.1Ω 40Z1P=13.8Ω

由圖 1 可得：AO=40XD1=2.1ej-90°,BO=BA+AO=13.8 ej-90+2.1 ej-90=15.9ej-90Ω

由圖1可得2個(gè)特殊點(diǎn)A、B，即發(fā)電機(jī)測(cè)量阻抗的模小于AO或大于BO的模，測(cè)量阻抗必定在異步阻抗圓外；當(dāng)測(cè)量阻抗的模介于AO和BO模之間時(shí)，還需進(jìn)一步分析阻抗角。

（1）計(jì)算有功P=0%狀態(tài)，即有功功率P=0.63（MW）無功功率 Q=-19.36（MVar）機(jī)端電壓 Ug（%）=93.9%UN時(shí)發(fā)電機(jī)的測(cè)量阻抗

視在功率

功角

一次側(cè)測(cè)量阻抗

結(jié)論：發(fā)電機(jī)空載進(jìn)相-19.36 MVar時(shí)，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

（2）計(jì)算有功P=50%狀態(tài)，即有功功率P=27.33（MW）無功功率 Q=-17.15（MVar）機(jī)端電壓 Ug（%）=94.29%UN時(shí)發(fā)電機(jī)的測(cè)量阻抗

視在功率

功角

一次側(cè)測(cè)量阻抗

結(jié)論：發(fā)電機(jī)有功27.33 MW進(jìn)相-17.15 MVar時(shí)，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

（3）計(jì)算有功P=100%狀態(tài)，既有功功率P=54.17（MW）無功功率 Q=-15.40（MVar）機(jī)端電壓 Ug（%）=95.32%UN時(shí)發(fā)電機(jī)的測(cè)量阻抗

視在功率

功角

一次側(cè)測(cè)量阻抗

二次側(cè)測(cè)量阻抗

此時(shí)測(cè)量阻抗 14.24Ω＜15.9Ω=BO=（40XD1+40Z1P），有可能落在異步阻抗圓內(nèi)，需進(jìn)一步核算。

圖2中OC及其延長(zhǎng)線是與以O(shè)'為圓心AB為直徑的異步阻抗圓相切直線，切點(diǎn)為C,則

圖2

只要發(fā)電機(jī)進(jìn)相時(shí)測(cè)量阻抗角大于∠β，即在∠C0R+之內(nèi)，測(cè)量阻抗就不會(huì)落入異步阻抗圓，失磁保護(hù)阻抗測(cè)量元件就不會(huì)動(dòng)作。

因?yàn)橛泄=100%狀態(tài)進(jìn)相低勵(lì)限制功角

所以此時(shí)測(cè)量阻抗落在異步阻抗圓外，與阻抗圓無交集。

結(jié)論：發(fā)電機(jī)有功54.7 MW進(jìn)相-15.40 MVar時(shí)，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。

3 結(jié)束語

本文以發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的原理和勵(lì)磁系統(tǒng)的低勵(lì)限制為出發(fā)點(diǎn)，分析了這兩者之間協(xié)調(diào)配合的必要性，并提出將發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)與勵(lì)磁系統(tǒng)低勵(lì)限制曲線都?xì)w算到阻抗（R-X）平面上進(jìn)行比較的方法，在阻抗平面上分析了失磁保護(hù)和低勵(lì)限制器的配合關(guān)系。分析結(jié)果表明，兩者之間的配合關(guān)系滿足低勵(lì)限制器先于失磁保護(hù)動(dòng)作的要求。

[1]DL/T 583-2006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[S].

[2]王維儉.電力主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[3]張保會(huì)，尹項(xiàng)根.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[4]DL/T 684-2012大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則[S].

TM77

B

1672-5387（2017）11-0007-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.003

2017-08-25

舒錦宏（1969-），男，工程師，從事繼電保護(hù)、電氣測(cè)量和直流系統(tǒng)的技術(shù)與管理工作。