水轮发电机低励限制与失磁保护整定配合研究与试验

 刘喜泉1，谢燕军2，陈小明1，毕欣颖1，封孝松1

（1．溪洛渡水力发电厂，云南永善657300;2．国电南瑞科技股份有限公司，南京211106）

[摘要]  本文以溪洛渡电站为例，从理论上分析了水轮发电机低励限制与失磁保护整定值的配合情况，得出低励限制先于失磁保护动作，并通过发电机的进相试验也进一步验证了发电机低励限制先于失磁保护动作。这充分证明了发电机低励限制与失磁保护整定配合的正确性。

[关键词]  水轮发电机；低励限制；失磁保护；整定配合

[中图分类号] TM312 [文章编号]1000-3983(2016)01-0059-03

0  引言

 励磁系统的低励限制与发电机的失磁保护的配合关系是否正确，尤为重要，同时也是网源协调的一项重要内容。低励限制又称为P/Q限制或欠励限制，低励限制动作方程采用P-Q坐标平面进行描述，而失磁保护阻抗圆动作方程采用R-X阻抗坐标平面描述，低励限制与失磁保护间无法直观地比较两者之间的配合关系。依据相关技术标准，低励限制要先于失磁保护动作，但标准中没有给出二者之间的配合方法。因此本文以溪洛渡电站低励限制与失磁保护整定值间的配合关系为例，对水轮发电机的低励限制与失磁保护整定配合进行了研究与试验。溪洛渡电站位于四川省雷波县和云南省永善县接壤的金沙江峡谷河段。左、右岸地下电站各装设9台最大功率为770MW的水轮发电机组，最大总装机容量13860MW，年发电量571.2~640.6亿千瓦时。溪洛渡电站作为我国第二大水电站，世界第三大水电站。

1低励限制与失磁保护整定配合分析

1.1低励限制与失磁保护的整定

 励磁低励限制整定为：在发电机进相运行时，通过设定P-Q低励限制值，使发电机运行在P-Q曲线安全范围内，低励限制如图1所示。

 失磁保护的主要判据有如下三项：

 (1)定子低电压判据：一般取母线三相电压或发电机机端三相电压。TV断线时闭锁本判据。

 (2)定子侧阻抗判据：阻抗特性：可为异步边界阻抗圆特性或静稳极限阻抗圆特性。阻抗电压取发电机机端正序电压，电流量取发电机机端正序电流。静稳极限阻抗圆特性判据：由输入系统的有功、无功和静稳极限边界条件求出机端测量阻抗，它的变化轨迹就是静稳极限阻抗圆；根据发电机机端正序电压和机端正序电流计算机端阻抗，当阻抗进入静稳极限阻抗圆，失磁保护动作。

 (3)转子侧判据：转子低电压判据，发电机励磁变电压判据。 

溪洛渡左、右岸电站均是9台发电机组并联运行，单台机组失磁很难导致并联母线电压降低，但会导致故障机组机端电压降低，因此溪洛渡电站失磁保护定子侧低电压判据采用发电机机端三相电压判据。其中定子低电压判据整定值为0.85p.u.，而励磁运行最低电压值整定为0.9p.u.，失磁保护定子低电压判据与励磁运行低电压非常便于比较。

 失磁阻抗整定圆的选择取决于发电机与系统联系的紧密程度，异步边界阻抗圆动作判据主要用于与系统联系紧密的发电机，广泛被国内外应用于位于负荷中心、单机容量不大的发电厂；而静稳极限阻抗圆主要用于与系统联系不紧密的发电机，当发电厂远离负荷中心且单机容量较大时宜采用静稳阻抗圆。

 式中：R为发电机机端测量电阻X：发电机机端测量电抗。

 根据式(2)和式(3)可将设定的低励限制定值从P-Q平面转化到R-X平面。利用微软Excel软件绘制出低励限制定值在R-X平面的映射曲线，与失磁保护阻抗定值曲线比较相对位置，即可确定二者配合是否合理。二者在R-X平面上合理的配合关系应是低励限制曲线，应该完全在静稳极限阻抗圆之外。溪洛渡电站励磁系统的低励限制值如表1所示，依据溪洛渡电站失磁保护定值如表2所示，利用继电保护测试仪等设备进行测试，得出溪洛渡电站失磁保护静稳极限阻抗部分值如表3所示，无功失磁保护整定值配合情况如图3所示。反向整定值为10%。通过计算将低励限制值转化至R-X平面后，溪洛渡电站低励限制与失磁保护整定值配合情况如图3所示。

2低励限制与失磁保护整定配合试验

 依据进相试验相关标准，对溪洛渡电站机组做了进相试验，在进相试验过程中，一方面测试了发电机的进相能力，另一方面也验证了低励限制与失磁保护的配合情况。在进相试验过程中，每次到达低励限制值时，励磁低励限制首先瞬时动作，待临时闭锁低励限制后进一步进相，至进相限制条件后停止进相，具体进相数据如表3所示。通过进相试验，也验证了溪洛渡电站低励限制整定值与失磁保护整定值之间存在一定的安全裕度，同时也进一步验证了低励限制与失磁保护整定值配合的正确性。

3结语

 通过理论分析，将水轮发电机的低励限制与失磁保护整定值映射在同一个平面内，可以看出低励限制与失磁保护整定配合的正确性，且同时证明了失磁保护动作区与低励限制之间存在着一定的安全裕度，满足低励限制先于失磁保护动作要求，并通过发电机进相试验也验证了水轮发电机的低励限制与失磁保护整定配合的正确性。