基于阻抗平面失磁保护与低励限制的校核计算

舒锦宏，夏 丹，蒋 勇

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）

基于阻抗平面失磁保护与低励限制的校核计算

舒锦宏，夏 丹，蒋 勇

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江 丽水 323000）

发电机失磁保护与励磁系统低励限制相互配合对于机组的安全稳定运行至关重要，为了提高机组的稳定性能，保障系统电网的运行安全，必须保证发电机在进相运行过程中，励磁系统低励限制功能先于发电机失磁保护功能动作，防止发电机失磁保护在励磁系统低励限制器动作前解列发电机。校核低励限制能否在失磁保护之前发挥调控作用，保证系统的静稳储备，是整定计算中必不可少的一部分。该计算方法以发电机失磁阻抗值为基准，将发电机运行工况有功-无功即P-Q映射到阻抗R-X平面上统一分析计算。校核失磁保护与低励限制器的配合。

阻抗平面；失磁保护；低励限制；校核计算

1 引言

紧水滩电厂装有6台55 MW由哈尔滨电机厂制造的发电机组，发电机继电保护装置采用美国SEL公司的发电机继电保护装置（SEL-300G），具有阻抗式失磁保护，能够在发电机失磁后及时动作保护发电机和系统不受失步运行的危害。励磁系统采用广州电器科学研究院的EXC9000型全数字式静态励磁系统，励磁调节器由A、B、C 3通道组成。A通道是主运行通道，B通道是主备用通道，C通道为辅助备用通道。A、B通道是硬件和软件结构完全相同的微机通道，可完成调节器的所有功能。

发电机发生低励失磁故障后，低励限制器和失磁保护将按照各自的参数配合动作，以确保发电机和电力系统的安全。DL_T583-2006《大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件》4.4.1（d）（欠励磁限制要与失磁保护配合，欠励磁限制动作应先于失磁保护），要求验证低励磁限制与失磁保护的整定关系是否正确。由于发电机失磁保护参数的整定计算位于阻抗平面（R-X），而低励限制器参数的整定计算位于功率平面（P-Q），因此将两者转化到同一平面（R-X）进行计算分析，校核励磁调节器具有低励磁限制功能，能够使得发电机在进相运行时不进入异步阻抗圆边界范围。

本文以其中1台发电机组参数为例，进行发电机失磁保护与励磁系统低励限制配合的校核计算。

2 校核计算

2.1 发电机组电气参数（表1）

表1发电机组电气参数

2.2 发电机失磁保护阻抗整定值

发电机二次额定电压VNOM=UN/nTV=10.5 kV/100=1.05 kV=105 V

nTV——电压互感器变比，10/0.1=100

发电机二次额定电流 INOM=SN/ （1.732×UN）/nTA=64 700/（1.732×10.5）/800≈4.447（A），取 4.4 A

nTA——电流互感器变比，4 000/5=800

依据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》，按照《SEL-300G使用手册》进行失磁保护阻抗整定计算：

失磁异步阻抗园直径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

图1失磁保护异步阻抗圆

发电机运行测量阻抗落入以O'为圆心AB为直径的异步阻抗圆时，发电机失磁保护阻抗测量元件将会动作，经过其他元件闭锁延时后动作发电机停机解列。

2.3 发电机组励磁进相参数（表2）

表2发电机组励磁进相参数

2.4 校核核算

选用发电机励磁系统A调节器为例进行校核计算：

失磁保护整定值40XD1=-2.1Ω 40Z1P=13.8Ω

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

由图1可得2个特殊点A、B，即发电机测量阻抗的模小于AO或大于BO的模，测量阻抗必定在异步阻抗圆外；当测量阻抗的模介于AO和BO模之间时，还需进一步分析阻抗角。

（1）计算有功P=0%状态，即有功功率P=0.63（MW）无功功率 Q=-19.36（MVar）机端电压 Ug（%）=93.9%UN时发电机的测量阻抗

视在功率

功角

一次侧测量阻抗

结论：发电机空载进相-19.36 MVar时，发电机失磁保护不会动作。

（2）计算有功P=50%状态，即有功功率P=27.33（MW）无功功率 Q=-17.15（MVar）机端电压 Ug（%）=94.29%UN时发电机的测量阻抗

视在功率

功角

一次侧测量阻抗

结论：发电机有功27.33 MW进相-17.15 MVar时，发电机失磁保护不会动作。

（3）计算有功P=100%状态，既有功功率P=54.17（MW）无功功率 Q=-15.40（MVar）机端电压 Ug（%）=95.32%UN时发电机的测量阻抗

视在功率

功角

一次侧测量阻抗

二次侧测量阻抗

此时测量阻抗 14.24Ω＜15.9Ω=BO=（40XD1+40Z1P），有可能落在异步阻抗圆内，需进一步核算。

图2中OC及其延长线是与以O'为圆心AB为直径的异步阻抗圆相切直线，切点为C,则

图2

只要发电机进相时测量阻抗角大于∠β，即在∠C0R+之内，测量阻抗就不会落入异步阻抗圆，失磁保护阻抗测量元件就不会动作。

因为有功P=100%状态进相低励限制功角

所以此时测量阻抗落在异步阻抗圆外，与阻抗圆无交集。

结论：发电机有功54.7 MW进相-15.40 MVar时，发电机失磁保护不会动作。

3 结束语

本文以发电机失磁保护的原理和励磁系统的低励限制为出发点，分析了这两者之间协调配合的必要性，并提出将发电机失磁保护与励磁系统低励限制曲线都归算到阻抗（R-X）平面上进行比较的方法，在阻抗平面上分析了失磁保护和低励限制器的配合关系。分析结果表明，两者之间的配合关系满足低励限制器先于失磁保护动作的要求。

[1]DL/T 583-2006大中型水轮发电机静止整流励磁系统及装置技术条件[S].

[2]王维俭.电力主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2004.

[3]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2005.

[4]DL/T 684-2012大型发电机变压器继电保护整定计算导则[S].

TM77

B

1672-5387（2017）11-0007-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.11.003

2017-08-25

舒锦宏（1969-），男，工程师，从事继电保护、电气测量和直流系统的技术与管理工作。