许健桦
甘肃盐锅峡发电有限公司 甘肃省临夏回族自治州 731601
摘要：发电厂电气二次系统中，发变组保护和励磁调节器都是不可或缺的部分，调节好发变组保护与励磁系统限制之间的关系，能够为整个机组与电网的安全运行做出贡献。从V/Hz限制与过激保护整定、励磁强励限制与转子过负荷保护的配合、定子过流限制与定子过负荷保护的配合、欠励限制与发电机失磁保护的配合这四个方面入手，对水轮发电机励磁限制与保护整定配合开展探究，旨在提高发电机组运行的可靠性。
关键词：水轮发电机；励磁限制；保护整定；配合
基于继电保护相关规定出发，300MW以上发电机需设置过励磁保护，基于过激磁保护的设定原则出发，可以确定当V/Hz限制失效的情况下，发电机存在过激磁保护动作。基于国际标准出发，强励限制定值应当具备磁场过电流反时限的特性，匹配于转子过负荷保护。发电机励磁系统基于电力行业标准及国际标准来确定是否对定子电流限制功能进行配置。
一、V/Hz限制与过激保护整定
（一）V/Hz限制整定原理
V/Hz限制中，一旦存在过于饱和的铁心磁密，会造成发热受损，因此必须要将V/Hz比值控制在安全合理的范围内。发电机空载或负载状态下，存在过高的机端电压，导致比值超出设定值，为降低电压给定值，调节器会出现定时限或反时限的情况。发电机空载后机组频率降低，励磁系统无法控制发电机频率，为了保护发电机直接逆变灭磁。
（二）过励磁保护整定原理
若仅仅是将过激磁保护进行配置，并未将断路器设置于发电机与主变压器之间，以发电机机端电压为保护测值；若将断路器设置于二者之间，需要对过激磁保护功能进行优化配置，以变压器高压侧电压为主变过激磁保护测值。在过激磁保护方面，通过反时限限制曲线的应用，能够关注发电机与主变的热量累积及散热需求，并且促进二者过激磁能力的增强。在过励磁保护与V/Hz限制整定配合过程中，V/Hz限制曲线与过激磁保护曲线相比略低，并且二者之间必须存在安全裕度，以V/Hz限制在先，以过激磁保护动作在后，二者互相配合实现保护。
二、励磁强励限制与转子过负荷保护的配合
（一）强励限制整定原理
在电力系统运行过程中，通过发电机强励功能的发挥，能够促进系统稳定性的增强，但若励磁绕组过流时间较长，则会破坏转子绕组，因此需要优化励磁系统，对强励限制功能进行合理设置。在动作受到强励限制后，励磁调节器有所变化，自动出现减磁情况，励磁电流得以下降，处于额定值之下，强励动作返回。基于GB/T7894-2009中的相关规定出发，水轮发电机运行过程中，转子绕组对于额定励磁电流的承受，一般在2倍以下，若励磁电流达到2倍，则需要保证强励时间在20s以上。就水轮发电机来看，以反时限曲线为励磁强励限制，以转子过电流反时限函数为参照来设定。
（二）转子绕组过负荷保护原理
发电机运行过程中，为避免转子绕组过电流时间较长，无法被保护功能所允许，可实施转子过负荷保护。就励磁系统来看，若强励限制功能的发挥无法实现转子电流过流限制，则发变组保护会有所变化，基于实际差异化设定发信或者跳出口开关。水轮发电机组容量在300MW以上的，观察转子过负荷保护可以发现，常见保护方式为“定时限”或者“反时限”。具体来说，以流过转子绕组最大电流为参照，其1-1.1倍为“定时限”的设定值；基于[(I/Ip)2-1]t≥C这一公式可确定“反时限”保护动作方程，在这一公式中，实际励磁电流标幺值以I表示，额定励磁电流标幺值以Ip表示，励磁绕组热容系数以C表示。实际应用中必须在同一坐标下来对励磁强励限制曲线与转子过负荷曲线进行绘制，能够形象、直观的对彼此之间匹配关系进行把握。
三、定子过流限制与定子过负荷保护的配合
（一）定子过电流限制整定原理
通过限制定子电流，能够对定子绕组过负荷能力加以科学利用，防范定子绕组过流时间较长而导致发热受损的情况出现，保障发电机的安全稳定运行。在这一方面，为将定子电流减小，需要令无功调整接近于0，励磁调节器的功能发挥于此。其原理在于，将欠励侧的无功增加，将过励侧的无功减小。观察无功调节状态，若处于0附近，也就是接近死区的情况下，需要将减磁与增磁停止，不考虑过高的定子电流，以确保定子过电流限制整定的科学性与合理性。
（二）发电机定子过负荷保护整定原理
就水轮发电机的运行情况来看，定子绕组过流的倍数，与实际允许时间的关系无法通过规定函数加以体现，一般通过时限保护与反时限保护的方式来进行保护设置，相对比而言，反时限的应用较为普遍。结合发电机实际情况，以转子绕组过流倍数及其与时间的关系出发，来确定函数关系，以公式t=K/(It-Ksr2)来进行表示，其中定子绕组热容系数为K，定子电流标幺值为It，散热系数为Ksr，以1.02-1.05为取值范围。与同一坐标系下绘制画出两曲线，能够确定励磁限制值与保护整定值相比略低。
四、欠励限制与发电机失磁保护的配合
（一）欠励限制整定原理
基于发电机出厂要求出发，把握定子端部发热限制曲线，来设定欠励限制。若处于P-Q平面内，观察定子端部发热曲线，发现其右侧存在静态稳定极限曲线，以此作为欠励限制线的参照。励磁电流降低后，去磁作用有所下降，电枢反应也受到影响，定子铁心磁密饱和，进而出现发热。直线型励磁限制曲线及与定子端部发热曲线和静态稳定曲线三者之间的相对位置关系如图1所示。
图1 直线型励磁限制曲线及与定子端部发热曲线和静态稳定曲线的相对位置关系
（二）失磁保护整定原理
基于定子低电压、定子侧阻抗、转子低电压及励磁变电压判据能够对水轮发电机失磁保护进行判断，基于直轴同步电抗、交轴同步电抗等参数出发，做出等有功阻抗圆、异步边界阻抗圆等，可见阻抗判据具有良好应用价值。欠励限制与失磁保护的校核，需要具备统一的坐标平面。在进相调节阶段，测量阻抗逐步从右上象限向右下象限移动，达到欠励限制线后，不会继续减少励磁，不会出现失磁保护动作，彼此之间得以正确配合。
五、结束语
综上所述，水轮发电机励磁限制与保护整定的合理化配合，能够为水轮发电机组的安全运行提供保障，促进电网良好状态的维持。通过具体研究可知，要充分发挥励磁系统限制作用，对励磁调节器限制值与发变组保护的配合关系进行合理的整定，促进机组安全稳定运行。
参考文献：
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