一起大型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)整定計(jì)算

代剛

摘 要：發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)作為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流下降或消失的保護(hù)，可檢測發(fā)電機(jī)是否因失磁而失去靜態(tài)穩(wěn)定。本文針對采用靜穩(wěn)阻抗、系統(tǒng)三相低電壓和轉(zhuǎn)子靜穩(wěn)極限低電壓等判據(jù)的某大型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算，并對進(jìn)相等運(yùn)行方式下該保護(hù)的靈敏度進(jìn)行驗(yàn)算，以期為相關(guān)學(xué)者提供參考。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁電流；聯(lián)系電抗；靜穩(wěn)阻抗；進(jìn)相運(yùn)行；靜穩(wěn)極限

中圖分類號：TM772 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）04-0133-03

Calculation of a Large Generator Loss Excitation Protection

DAI Gang

（NanJing SAC Valmet Automation Co.，Ltd.，NanJing JiangSu 211800）

Abstract： As the protection of the generator's excitation current falling or disappearing， the generator loss protection can detect whether the generator loses static stability due to the loss of magnetic flux. In this paper， a large generator loss of excitation protection based on static stability， three-phase low voltage and rotor static stability limit and low voltage criterion was set up， and the sensitivity of the protection was checked under equal operation mode， with a view to provide reference for unrelated scholars.

Keywords： exciting current；contact reactance；static impedance；in phase operation；static stability limit

1 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障使勵(lì)磁降低或全部消失，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間失步，對機(jī)組本身及電力系統(tǒng)的安全造成重大危害。對于汽輪機(jī)組的失磁保護(hù)判據(jù)可以采用兩種方案：方案一由靜穩(wěn)阻抗+異步阻抗+系統(tǒng)三相低電壓組成，判據(jù)簡單可靠清晰方便；方案二由靜穩(wěn)阻抗+系統(tǒng)三相低電壓+轉(zhuǎn)子靜穩(wěn)極限低電壓等判據(jù)組成，判據(jù)相對繁雜調(diào)試工作多等特點(diǎn)。本文針對采用方案二的某大型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)進(jìn)行整定計(jì)算[1]。失磁保護(hù)原理邏輯邏輯圖見圖1。

2 整定計(jì)算

2.1 靜穩(wěn)阻抗值整定

說明：由于整定計(jì)算涉及很多參數(shù)，限于篇幅，本文直接引用相關(guān)數(shù)據(jù)，不再詳細(xì)計(jì)算，具體推算過程在整定計(jì)算書中有詳細(xì)描述，此處只羅列算法，數(shù)據(jù)引用整定計(jì)算書中的數(shù)據(jù)。

發(fā)電機(jī)縱軸電抗基準(zhǔn)容量下的標(biāo)幺值為：

[Xd=1.84 × 100 ÷ （600 ÷ 0.9） = 0.276] （1）

按最大運(yùn)行方式整定，最大運(yùn)行方式[Xs.min.1]下的系統(tǒng)與機(jī)組并聯(lián)電抗值為：

[Xs.min=Xs.min//Xd+Xmt+XL =0.012 5//0.276+0.019 4+0.000 41=0.003 17]（2）

失磁機(jī)組的聯(lián)系電抗：

[Xst=Xt+XL+Xs.min =0.019 4+0.000 41+0.003 17=0.022 98] （3）

機(jī)端基準(zhǔn)阻抗值是[Zj=4.84Ω]，電流、電壓互感器變比的比值為：

[niv=ni/nv=25 000/522/0.10=22.727 3] （4）

靜穩(wěn)阻抗上邊界動作阻抗整定值：

[Z1A=XstZjnav=0.022 98×4.84×22.727 3=2.53Ω] （5）

靜穩(wěn)阻抗下邊界動作阻抗整定值：

[Z1B=XdZjnav=0.276×4.84×22.727 3Ω=30.36Ω]（6）

2.2 系統(tǒng)三相低電壓整定

系統(tǒng)三相低電壓動作值按高壓系統(tǒng)正常運(yùn)行最低電壓來整定，根據(jù)《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》[2]系統(tǒng)，三相低電壓動作整定值為：

[U3ph.<.s=0.9Us.e=0.9×105=94.5V] （7）

2.3 轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)整定

變勵(lì)磁電壓的判據(jù)為：

[Ufd≤KsetP ] （8）

式（8）中，整定系數(shù)：

[Kset=Xd+XstUfd0/UsEd0 ] （9）

其中，[Xd]，[Xst]，[Us]分別為：

[Xd二次=XdZjnav=0.276×4.84×22.727 3Ω=30.36Ω]（10）

[Xst二次=XstZjnav=0.022 98×4.84×22.727 3=2.53Ω]（11）

[Us二次=22×103×1/220=100V=Ed0] （12）

通過具體計(jì)算，可得整定系數(shù)為：

[Kset=30.36+2.53×126100×100=0.414V/W]

2.4 延時(shí)動作值整定

延時(shí)動作值整定：[t1=1.5s]，按躲過系統(tǒng)振蕩最長周期時(shí)間來計(jì)算整定，動作于信號；[t2]延時(shí)動作值應(yīng)按減出力或切換勵(lì)磁相應(yīng)時(shí)間來考慮整定，整定值為[t2=1.5s]，動作于解列滅磁或程序跳閘。

3 各元件的可靠性驗(yàn)算

校驗(yàn)各元件的可靠性應(yīng)包括各元件的防誤動性和防拒動性兩部分內(nèi)容。防誤動性主要考核驗(yàn)算進(jìn)相運(yùn)行是否會安全不誤動，防拒動性主要考核驗(yàn)算機(jī)組真正發(fā)生失磁故障時(shí)是否能可靠動作，即動作靈敏系數(shù)是否滿足《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》[3]要求。

3.1 進(jìn)相運(yùn)行時(shí)靜穩(wěn)阻抗元件是否會誤動

由汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行極限特性圖可知，進(jìn)相運(yùn)行試驗(yàn)有功功率為0.5倍額定值，最大無功功率為-0.3倍額定有功功率，并考慮電壓下降約0.9倍的裕度，即[P=0.5Pe=300MW]，[Q=-0.3Pe=-180MVar]，機(jī)端測量阻抗一次值是：

[Zcl=0.9×222×ejarctg-0.6/3002+1802=1.120 6e-j310Ω]（13）

機(jī)端測量阻抗二次值：

[Zcl=1.120 6e-j310×22.727 3=25.47e-j310Ω] （14）

在-31?阻抗角上的靜穩(wěn)阻抗元件邊界動作值：

一次標(biāo)幺值：

[Zbj·op=Xd-Xst2sinφ+Xd-Xst2sinφ2+XdXst =0.276-0.022 982sin-31°+0.276-0.022 982sin-31°2+0.276×0.022 98=0.1307]（15）

二次有名值：

[Zbj.op.m=0.130 7×4.84×22.727 3=14.37Ω] （16）

發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)有功功率為0.5倍額定值，最大無功功率為-0.3倍額定有功功率（功率因數(shù)角-31?）時(shí)，機(jī)端測量阻抗-25.47Ω大于靜穩(wěn)阻抗動作邊界值14.37Ω，測量阻抗沒有進(jìn)入靜穩(wěn)阻抗圓內(nèi)，靜穩(wěn)阻抗元件不會誤動。

3.2 失磁時(shí)靜穩(wěn)阻抗元件可靠性驗(yàn)算

發(fā)電機(jī)在滿負(fù)荷功率下發(fā)生全失磁，機(jī)端電壓下降到0.9倍額定電壓時(shí)，靜穩(wěn)阻抗元件是否能可靠、正確動作的驗(yàn)算。

全失磁運(yùn)行時(shí)測量阻抗是：

[Zcl=0.9Ugn2/P-jQ =0.9×222/600+j600=0.462 0e-j450Ω] （17）

測量阻抗二次有名值：

[Zcl=0.462e-j450×22.727 3=10.50e-j450Ω] （18）

在阻抗角-45?上的靜穩(wěn)阻抗元件邊界動作值（[Xd]取飽和值計(jì)算）：

[Zbj.op=0.276-0.022 982sin-45°+0.276-0.022 982sin-45°2+0.276×0.022 98=0.209 3]（19）

邊界動作二次有名值：[Zbj.op.m=0.209 3×4.84×22.727 3=23.02Ω]，測量阻抗進(jìn)入靜穩(wěn)阻抗圓內(nèi)，其動作靈敏系數(shù)：[Ksen=Zbj.op/Zcl=23.02/10.5=2.19>1.3]滿足靈敏度要求，靜穩(wěn)阻抗元件能可靠動作。

3.3 轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)的可靠性驗(yàn)算

0.5額定功率是[P0.5=0.5PN=300MW]，額定勵(lì)磁電壓：[Udf.n=400.1V]，空載額定勵(lì)磁電壓：[Udf.0=153V]。

其二次值：

[P二次=P0.5/nvni=300×106/0.22×103×5×103 =272.73W] （20）

所對應(yīng)的勵(lì)磁電壓動作值：

[Udf.op=KsetP=0.414×272.73=112.91V] （21）

帶負(fù)荷的勵(lì)磁電壓：

[Udf=KUdf.n+1-KUdf.0] （22）

式（22）中，K是小于1的負(fù)荷功率倍數(shù)。

半負(fù)荷功率的勵(lì)磁電壓：

（K=0.5）[Udf.0.5=0.5×400.1+0.5×153=276.55V]（23）

此時(shí)該判據(jù)動作（可靠）靈敏系數(shù)：

[Ksen=Udf.0.5/Udf.op=276.55/112.9=2.44>1.3]，變勵(lì)磁電壓判據(jù)能可靠動作。

4 結(jié)論及建議

從上述計(jì)算中得出發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)各項(xiàng)定值如表1所示。

從驗(yàn)算中不難看出，發(fā)電機(jī)在額定功率或在半額定功率發(fā)生失磁事故時(shí)，靜穩(wěn)阻抗+靜穩(wěn)極限轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)都能可靠動作反應(yīng)，系統(tǒng)低電壓元件會可靠不動作。所以該失磁方案能滿足現(xiàn)場運(yùn)行的條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理和應(yīng)用[M].2版.北京：中國電力出版社，2002.

[2]國家能源局.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].北京：中國電力出版社，2012.

[3]國家能源局.GB/T 14285—2006，繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國電力出版社，2006.