发电机转子绕组过负荷保护与励磁调节器过励限制保护配合分析

石家庄良村热电有限责任公司 张红雷

发电机转子绕组过负荷保护与励磁调节器过励限制保护配合分析

石家庄良村热电有限责任公司 张红雷

发电机转子绕组过负荷保护与励磁调节器过励限制保护正确的动作配合关系是励磁调节器过励限制保护应先于发电机转子绕组过负荷保护动作。本文通过对石家庄良村热电有限责任公司的2x300MW发电机转子绕组过负荷保护在运行中发现地问题，进行了相应的计算、试验和分析。提出国电南自DGT801—B的发电机转子绕组过负荷保护存在的缺陷及解决办法。

发电机转子绕组负荷保护；过励限制；标么值

石家庄良村热电有限责任公司为2x300MW发电机组。发变组保护使用地是国电南自DGT801-B保护装置，发电机转子绕组过负荷保护使用的电流为交流，来自励磁变低压侧TA，保护有定时限和反时限两部分组成，定时限报警，反时限动作出口方式为解列灭磁。励磁调节器的型号为国电南瑞NES-5100，励磁方式为自并励，可控硅整流。励磁调节器过励限制为反时限，1.1倍270S，强励2倍10S，1.05倍可以长期运行。

一、发现的问题

在机组运行中，发现发电机转子绕组过负荷保护窗口里显示地转子电流在不停的、有规律的、上下波动，比实际值向上约10%，向下约5%，在偏大部分要比偏小部分停留时间长，且波动到最大值时停留时间超过1S。此保护使用电流为励磁变低压侧TA。对比观察其他使用励磁变低压侧TA的装置，如：励磁调节器中转子电流，无波动；发变组故障录波器中励磁变高压侧电流，无波动。查发电机机端电压正常，无波动；使用钳型电流表（0.2级）在发变组保护柜内测量转子绕组过负荷保护中的转子电流，无波动。因此，判断为发变组保护装置内部问题。表1为在不同转子电流值下的数据记录：

由上表的数据，发现转子绕组过负荷保护中电流波动的最大值和最小值与励磁调节器中电流（即实际转子电流）成线性比例关系，向上成比例波动到最大约10%，向下成比例波动到最小约5%。经过查证此波动是因励磁变电流中存在很大谐波。

此波动在正常运行时，由于发电机转子电流小，距离保护动作值较远，所以，转子绕组过负荷保护不会误动。但是在发电机过励状态或强励时，因转子绕组过负荷保护中电流较大，从而会使转子绕组过负荷保护反时限动作曲线改变。可能导致发变组转子绕组过负荷保护先于励磁调节器过励限制动作，造成误停机的严重后果，以至于影响电网稳定运行。

表1

表2

表3

表4

表5

表6

二、试验、分析

1.发电机转子绕组过负荷保护

我厂发变组保护使用地是国电南自DGT801—B保护装置。发电机转子绕组过负荷保护，采用反映交流励磁回路的电流，即励磁变低压侧三相TA电流。反时限过负荷保护动作出口方式为：解列灭磁。

图1 动作逻辑框图

动作方程：

IF＞I IF最大励磁变低压侧三相TA电流值；I为定值

（IF*²—K2）t＞K1、IF*—励磁变低压侧三相TA电流标么值

动作逻辑框图见图1。

保护定值为：

序号 定值名称 定值范围 整定值1 动作电流Igs 0.1-60 0.5A 2 动作延时t11 0.1-100 1.0s 3 动作延时t12 0.1-100 5.0s 4 额定电流IN 0-8 0.453A 5 下限电流IS 0.1-80 0.51A 6 下限延时TS 0.1-5000 120s 7 上限电流IUP 0.1-80 1.0A 8 上限延时tUP 0.1-100 1.0s 9 热值系数K1 0-50 31.2 10 散热系数K2 0-2 1.1

1）交流回路精度校验见表2。

2）转子过负荷反时限保护，通过动作方程和保护定值得到计算值和试验值如表3。

从上面的试验数据可以得出，保护装置的电流采样精度合格。用继保仪加基波电流时，从发电机转子绕组过负荷保护窗口里观测，电流无波动。发电机转子过负荷保护动作曲线，满足设计要求，且符合《继电保护和安全自动装置技术规程GB/T14285-2006》及《同步发电机励磁系统及大、中型同步发电机励磁系统技术要求GB/T4096.3-2007》中对励磁系统顶值电流应不超过2倍额定励磁电流，时间不小于10秒的要求。

2.励磁调节器过励限制

我厂励磁调节器为国电南瑞NES-5100，励磁方式为自并励。励磁调节器过励限制为反时限，1.1倍270S，强励2倍10S。1.05倍可长期运行。

励磁调节器过励限制反时限定值及试验值如表4。

从试验数据可以得出，励磁调节器过励限制符合《继电保护和安全自动装置技术规程GB/T14285-2006》5.6.1及《同步发电机励磁系统及大、中型同步发电机励磁系统技术要求GB/T4096.3-2007》5.4励磁系统顶值电流应不超过2倍额定励磁电流，时间不小于10秒的要求。

3.分析

把发电机转子绕组过负荷保护、励磁调节器过励限制试验数据对比见表5。

通过分析可以看出，发电机转子绕组过负荷保护与励磁调节器过励限制保护动时间作配合地很好，说明发电机转子绕组过负荷保护在基波电流下工作正常，符合设计要求。

上面为在试验状态下得到的结论，输入为无扰动的基波电流。而实际上，我厂发电机转子绕组过负荷保护里的电流在不停地波动。那么，在此状态下，发电机转子绕组过负荷保护反时限动作曲线会怎样呢？由于发电机转子绕组过负荷保护里的转子电流波动到最大电流值、最小电流值与实际电流值成线性关系，我们随机抽取一点进行分析既可，例如表6这一点：

波动地过程为：0.3 0.307 0.316 0.327 0.335 0.345 0.349 0.351等数值间做循环运动。从中可以看出，在大于部分数值多，时间长。

为了利于分析，我们可以把保护采到的电流分为三部分即：(1)小于实际电流部分；(2)等于实际电流部分；(3)大于实际电流部分。

由于发电机转子绕组过负荷实际是一个热积累地过程，是用积分方法计算出来地，即从IF>0.51（反时限下限电流值）时开始计算，当热累积值达到定值时，反时限动作。那么，对动作时间产生影响可分为两方面，即电流值的大小和在此电流值下的停留时间长短。电流值大、停留时间长，则动作时间短。下面就电流波动带来地影响从这两方面分别进行分析：

(1)电流幅值

1)当IF小于实际电流时，则使动作时间t变大，由于向小于实际电流方向波动地幅值较小(5%)，影响较小；

2)当IF等于实际电流时，则动作时间t不变，无影响；

3)当IF大于实际电流时，则使动作时间t变小，由于向大于实际电流方向波动地幅值较大(10%)，影响大；

(2)停留时间

1)电流在波动过程中在小于实际电流区域停留时间较短；

2)电流在波动过程中在大于实际电流区域停留时间较长。

综上，电流的波动会使发电机转子绕组过负荷保护反时限动作曲线改变，动作时间将变短。但由于电流不停地波动，致使具体动作时间难以计算出来，动作曲线也无法确定。

当强励达2倍额定电流时，实际电流应为0.906，但在谐波干扰下，发电机转子绕组过负荷保护采到地电流最大值可达1A以上，且在最大值时停留时间超过1S。据定值可知，此状态已满足发电机转子绕组过负荷保护反时限动作上限条件，保护延时1S动作。而此状态下调节器过励限制保护动作时间为10S，晚于转子绕组过负荷保护。致使发电机转子绕组过负荷保护先于调节器过励限制保护动作，误把发电机由运行中切除，造成误动。

三、解决方法

通过以上分析可知，在基波电流下，发变组保护装置的电流采样精度合格，动作方程、特性曲线均满足设计要求。因保护装置为了能反映设备运行中真实的状态，在采样环节一般不采取滤波。但励磁变电流中却存在很大得谐波，正是未采取滤波措施，造成保护使用地电流与实际电流不符，恰恰违背了设计的初衷。因此，针对发电机转子绕组过负荷保护，在采用交流励磁回路的电流时，需要在转子电流采样环节进行滤波，以消除谐波干扰，使保护能正确可靠动作。

[1]DGT801系列发变组保护装置技术说明书.