火電廠勵磁系統(tǒng)過勵限制特性試驗研究

孟 萍，李 寧，孫文林

（華能雨汪電廠檢修部，云南曲靖655507）

1 引言

正確的勵磁系統(tǒng)過勵限制和過勵保護可以在保證發(fā)電機組安全可靠運行的條件下最大限度地發(fā)揮發(fā)電機的作用，從而提高電網(wǎng)的穩(wěn)定裕度。本文對過勵限制和過勵保護特性、參數(shù)整定等方面進行分析，并做了過勵限制特性試驗，為機組安全和穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。

2 過勵限制的主要特性

過勵反時限特性函數(shù)類型與發(fā)電機磁場過電流特性函數(shù)類型一致［1］。因勵磁機飽和難以與發(fā)電機磁場過電流特性匹配時宜采用非函數(shù)形式的多點表述反時限特性。

隱極式同步發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電流特性表達式［2］如下:

式中:I為發(fā)電機磁場電流對額定磁場電流Ifn的比值；t為許可的過電流持續(xù)時間。

水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子僅有承受2Ifn的持續(xù)時間的描述，缺少過電流特性的函數(shù)描述。

勵磁系統(tǒng)功率單元（勵磁變壓器、整流橋、勵磁機等）的過電流能力應(yīng)保證實現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電流能力，但是某些交流勵磁機勵磁系統(tǒng)的頂值電流可能小于發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電流能力，當(dāng)兩者不相同時按小者確定。

按照繼電保護規(guī)定，轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護特性與發(fā)電機轉(zhuǎn)子過電流特性一致。過勵反時限特性與發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護特性之間留有級差，確保在保護動作之前限制動作。

過勵反時限啟動值小于發(fā)電機轉(zhuǎn)子過負荷保護的啟動值，大于 Ifn，一般為（105%～110%）Ifn。啟動值不影響反時限特性，并當(dāng)磁場電流大于啟動值后進入反時限計算。

過勵反時限限制值一般比啟動值減少（5%～10%）Ifn，以釋放積累的熱量，也可限制到啟動值，再由操作人員根據(jù)過勵限制動作信號減少磁場電流。限制環(huán)節(jié)可以有不大于0.3s時間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，以減少有功功率波動和無功功率超調(diào)。

過勵限制信號測量誤差小于0.5%，時間誤差小于0.05%，有良好的調(diào)節(jié)參數(shù)，使得限制過程快速而穩(wěn)定，過勵限制特性能夠通過試驗證實。

3 可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)過勵限制電路原理及其工作特性

過勵限制是把可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)中可控橋最大輸出電流，限制在一定限度內(nèi)的安全保護措施。因為可控勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)靈敏，在發(fā)電機端電壓下降5%時，就能將可控硅導(dǎo)通角開放到最大進行強勵［4］。如不加以限制，這時的強勵電流約為額定勵磁電流的2倍以上，對勵磁繞組和可控橋整流元件都可能造成危害。因此必須設(shè)置過勵限制電路把強勵電流限制在強勵允許值以內(nèi)。過勵限制電路原理接線見圖1。

圖1 過勵限制電路原理接線圖

過勵信號由可控功率整流橋交流側(cè)的兩個測量互感器5TA、6TA二次側(cè)取得。本電路測量可控橋的交流輸入電流，當(dāng)其達限制值時，輸出的過勵限制信號自動限制可控硅開放角的增大，從而限制可控橋最大勵磁電流在一定的數(shù)值內(nèi)。其限制值由波段開關(guān)1Ke分十檔進行整定調(diào)節(jié)。

測量電流互感器5TA、6TA分別串在可控橋交流側(cè)任意二相的輸入端上，副邊分別并接3RT、4RT。其上可取得與輸入電流成正比的電壓，將它們的一端異極性相連，接成V型，形成三相電壓，接至過勵限制電路的輸入端4-5-6。

圖1中，2Re為減小限制信號的交流成分，防止勵磁電壓波起伏不平衡而設(shè)。2Re阻值不大，它并不明顯地減慢1Ce的充電速度，保證限制信號有較快的上升速度。而3Re阻值較大，減慢了1Ce的放電速度，以此平滑過勵限制信號，減小信號中的交流成分。

4 試驗內(nèi)容與步驟

4.3.1 過勵限制特性試驗接線見圖2。按圖示要求接入三相自耦調(diào)壓器、交流電壓表、交流電流表和負載電阻1R、2R、3R。電流互感器二次電流在3RT、4RT上形成的三相交流電壓是過勵限制的輸入電壓，分別為 U4-5、U5-6、U6-4，三相電流值相同時，三相電壓值也應(yīng)相等。在輸出端9-10接入直流電壓表用于測量輸出電壓U9-10。波段開關(guān)1Ke置于5檔位置，將三相調(diào)壓器調(diào)至零輸出位置，電源開關(guān)處于斷開狀態(tài)，接線完畢檢查無誤后，接入三相交流電源。

4.3.2 合上交流電源開關(guān)調(diào)節(jié)三相調(diào)壓器，逐步增加輸入TR原邊電壓至100V，注意觀察電流表和電壓表的變化情況，調(diào)節(jié)R1、R2、R3使三相電流對稱，然后按表4-2所對應(yīng)各點電流改變值記錄過勵限制的輸入輸出參數(shù)［5］。

4.3.3 調(diào)壓器置零輸出位置，切斷三相交流電源，調(diào)節(jié)整定過勵限制值的波段開關(guān)置于“0”檔位置。

圖2 過勵限制特性試驗接線圖

4.3.4 記錄繪制限制特性:斷開 5TA、6TA 與過勵限制電路輸入端4、5、6的連接導(dǎo)線，將三相調(diào)壓器輸出端 a、b、c 直接接到過勵限制輸入端 4、5、6，作為輸入電壓Usr，合上三相交流電源開關(guān)，按表4-2調(diào)整三相調(diào)壓器改變輸入過勵限制電路的交流輸入電壓Usr，逐點測試記錄過勵限制輸入電壓Usr與輸出電壓Usc的對應(yīng)值，測試數(shù)據(jù)正確記入表4-3中（注意:三相調(diào)壓器輸入過勵限制電路的電壓不應(yīng)大于17V，三相電壓應(yīng)對稱均勻）。

表4 -3過勵限制特性測試記錄表

4.3.5 再將過勵限制整定開關(guān)分別置于“5”檔和“10”檔時，按上面第4步分別測出二組數(shù)據(jù)記錄在表4-3相應(yīng)的表格中。

5 結(jié)束語

本文主要對可控勵磁發(fā)電系統(tǒng)進行了試驗設(shè)計，著重在可控勵磁系統(tǒng)中的過勵限制方面作了重點分析，并設(shè)計了相關(guān)的一個過勵限制特性試驗，對過勵限制系統(tǒng)加深了了解。對火電廠勵磁系統(tǒng)過勵限制和保護定值這個關(guān)系到機組安全和電力系統(tǒng)穩(wěn)定的重要問題進行了深入研究。