UNITROL6800型励磁调节器低励限制整定方法探讨

林跃 许伟 王丽丽

摘  要：某电厂进相试验时，出现低励限制提前整定值动作的情况，影响发电机组进相能力的发挥。文章通过分析UNITROL6800型励磁调节器低励限制控制原理、动作特性，探讨了UNITROL6800型励磁调节器低励限制的整定原则，提出了考虑动作特性的优化整定方法，解决了发电机组进相能力不能充分发挥的问题，可为使用同类型励磁调节器的电厂整定低励限制定值提供参考。

关键词：低励限制;UNITROL6800型励磁调节器;进相能力;整定方法

中图分类号：TM621.3   文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2021）12-0080-04

Abstract： During the leading phase operation test of a power plant， there is an action for the value of under excitation limit is set in advance， which affects the leading phase capability of the generator set. Based on the analysis of the control principle and action characteristics of the under excitation limit of the UNITROL6800 excitation regulator， this paper discusses the setting principle of the under excitation limit of the UNITROL6800 excitation regulator， and puts forward the optimal setting method considering action characteristics， which solve the problem that the leading phase capability of generator set can not be brought full play， and can provide a reference for setting the value of under excitation limit in power plants using the same type of excitation regulator.

Keywords： under excitation limit; UNITROL6800 excitation regulator; leading phase capability; setting method

0  引  言

低励限制是励磁调节器重要的辅助环节，其作用为防止发电机励磁过低导致机组静态稳定性破坏和发电机定子端部铁芯过热[1-5]。某电厂进相试验时，ABB UNITROL6800型励磁调节器低励限制提前于整定值动作，且整定值与动作值偏差过大，严重影响了发电机组进相能力的发挥，因此有必要对该型的励磁调节器控制原理、动作特性进行研究，合理整定定值。文中通过分析UNITROL6800型励磁调节器低励限制控制原理、动作特性，提出了考虑动作特性的优化整定方法，该方法保证了低励限制动作值尽可能接近机组进相能力曲线，最大程度地发挥机组的进相能力。

1  低励限制动作特性与控制原理

经过多次低励限制静态试验发现，不同运行工况下UNITROL6800型励磁调节器低励限制动作时的比例积分微分控制器（proportion integral derivative， PID）的輸出值基本是在[0.001，0.004]区间内，该型的励磁调节器低励限制动作特性是：当PID输出值在[0.001，0.004]区间内时，低励限制器动作，动作后，无功功率被限制回低励限制的设定值，并保持稳定。

式中：KR6i为低励限制器的稳态增益，可设置为1或0.5;Gain为低励限制的动态校正增益;Q为发电机吸收的实际无功功率，单位p.u.;P为发电机发出的实际有功功率，单位p.u.;U为发电机实际的机端电压，单位p.u.;Q（P）为当前有功功率下的低励限制无功功率整定值，单位p.u.;Q2为在非额定电压下修正后的低励限制无功功率设定值，单位p.u.;Xd、Xq为发电机d轴、q轴同步电抗不饱和值，单位p.u.。

从式（1）可以看出低励限制动作时的PID输出值OPID与机端电压、无功功率、有功功率、低励限制稳态增益有关。

2  UNITROL6800低励限制整定方法

2.1  传统的低励限制整定方法

根据行业标准要求，低励限制曲线可以根据发电机允许进相程度和电力系统实际要求的进相程度来整定[6，7]。UNITROL 6800型励磁调节器低励限制定值由6组有功和无功组成，所有定值采用标幺值形式，以发电机额定容量SN为基准。在计算低励限制曲线整定值时，只能改变无功功率部分数值，有功部分是0至1平均分配的6组数据，无法修改。

对于大型火力发电机组来说，开展进相试验时，一般在有功工况分别为发电机的额定有功功率PN的100%、80%、60%的情况下进行，而低励限制曲线的有功功率定值是额定容量SN的100%、80%、60%、40%、20%、0%，与进相试验的有功功率不相符，因此需要通过插值法计算出低励限制整定值[8]。如果进相试验时，机组在额定有功功率PN的100%、80%、60%的进相深度分别为Q100%P、Q80%P、Q60%P，低励限制曲线在视在功率的100%、80%、60%、40%、20%、0%时的定值分别为Q6、Q5、Q4、Q3、Q2、Q1，首先根据试验工况中100%PN、80%PN的连接线计算低励限制的无功定值Q6和Q5，计算方法为：

由于UNITROL 6800型励磁调节器低励限制只能修改无功定值，有功定值无法修改，因此整定的低励限制曲线会与发电机进相能力曲线不完全匹配。

2.2  优化的低励限制整定方法

如果考虑到UNITROL 6800型励磁调节器低励限制整定值与实际动作值存在一定的偏差，通过上述整定方法开展整定计算，会存在不同程度地限制发电机组进相能力发挥的情况，因此现有的低励限制整定方法存在局限性。

为了保证低励限制实际的动作曲线与进相能力曲线一致，最大限度发挥发电机进相能力，依据发电机进相能力曲线可以通过式（2）到式（5）计算出6个无功功率定值作为动作值，再根据UNITROL 6800型励磁调节器低励限制动作PID输出表达式转换成低励限制定值，转换公式可以通过式（1）推导出，转换公式为：

式中：OPID取0.002 5（PID输出值范围的平均值）;P、Q、U分别取进相试验时的有功功率、无功功率、机端电压的实际值，单位p.u.;KR6i为低励限制器的稳态增益，可设置为1或0.5;Xd、Xq为发电机d轴、q轴同步电抗不饱和值，单位p.u.。

3  案例分析

3.1  事件经过

某电厂#3机组在100%、80%、60%有功功率的工况下开展进相试验时，均出现了低励限制提前动作的情况。#3机组有功功率1 000 MW工况下，进相最深度为-7.3 MVar，调整有功至1 000 MW，无功至151.4 MVar，逐步減磁，但低励限制动作值为-1.7 Mvar。其他工况下也出现了类似情况：800 MW下进相最深度为-127.0 MVar，低励限制动作值为-94.2 MVar;600 MW下进相最深度为-216.0 MVar，低励限制动作值为-179.9 MVar。试验结果表明，低励限制提前动作，限制了机组进相能力的充分发挥。

3.2  发电机技术参数

某电厂发电机技术参数如下：SN=1 166.7 MVA，P=1 000 MW，U=27 kV，cosφ=0.9，Xd=2.227 4，Xq=2.205 5，励磁方式为静止自并励，额定转速n=3 000 r/min，额定励磁电压Uf=470.8 V，额定励磁电流If=5 210 A。

3.3  低励限制定值优化分析

由于发电机组进相试验有功工况与励磁调节器低励限制有功定值不一致，因此需要根据式（2）到式（5）计算出低励限制6个有功功率点对应的无功功率值，将该值作为低励限制的整定值。考虑到UNITROL 6800型励磁调节器低励限制整定值与实际动作值存在一定的偏差，根据进相试验时机端电压的实际值，此时的无功定值、OPID输出范围，利用式（1）分别推算出6个有功定值对应的无功功率值，将该值作为整定值下的实际动作值，计算结果如表1所示，图2是发电机组进相能力与通过公式计算出的低励限制动作曲线。

由表1、图2可以看出，用传统的整定方法计算出的整定值与机组进相能力曲线接近，但推算出的结果表明不同有功功率下低励限制均提前于进相能力曲线动作，这与实际进相试验出现的情况一致，可以验证出式（1）完全符合低励限制的控制原理，可用于低励限制无功定值对应的实际动作值的推算。

为解决机组进相能力不能充分发挥的情况，根据优化的整定方法对低励限制定值进行优化，将利用传统的整定方法计算出的Q整定值作为动作值，通过转换式（6）计算出优化后的低励限制定值。计算结果如表2所示，图3是发电机组进相能力与低励限制优化后的动作曲线。

经电网调度控制中心许可，再次开展进相试验验证低励限制定值优化后的效果，试验结果如表3所示。

由表3可以看出，低励限制实际动作值接近进相能力曲线，满足误差要求，试验过程中监视发电机电压、500 kV母线电压、10 kV厂用母线电压、功角、定子铁芯温度、磁屏蔽温度等参数，满足安全运行要求，且有较大裕度，低励限制定值优化后的效果保证了发电机进相能力的充分发挥。

4  结  论

本文通过分析UNITROL6800型励磁调节器低励限制控制原理、动作特性，探讨了UNITROL6800型励磁调节器低励限制的整定原则，提出了考虑动作特性的优化整定方法，最后通过案例验证了提出的优化整定方法的正确性和实用性。试验结果表明采用该方法整定低励限制定值可以解决发电机组进相能力不能充分发挥的问题，可为使用同类型励磁调节器的电厂整定低励限制定值提供参考。

参考文献：

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[5] 郭春平，余振，殷修涛.发电机低励限制与失磁保护的配合整定计算 [J].中国电机工程学报，2012，32（28）：129-132.

[6] 国家能源局.同步发电机进相试验导则：DL/T 1523-2016 [S].北京：中国电力出版社，2016.

[7] 国家能源局.大型汽轮发电机励磁系统技术条件：DL/T 843-2010 [S].北京：中国电力出版社，2011.

[8] 解兵，徐珂，罗凯明，等.UNITROL5000励磁系统低励限制优化整定方法研究 [J].电力工程技术，2018，37（4）：149-154.

作者简介：林跃（1994—），男，汉族，山东邹城人，助理工程师，硕士，研究方向：发电厂继电保护设备检修维护;许伟（1982—），男，汉族，山东邹城人，工程师，本科，研究方向：发电厂电气专业技术管理;王丽丽（1995—），女，汉族，黑龙江哈尔滨人，助理工程师，本科，研究方向：发电厂集控运行。