糯扎渡水电站水轮发电机失磁保护与欠励限制配合运用

　　1 概述

　　糯扎渡水电站是澜沧江上一个特大型水电工程，共装设9 台单机容量为 650MW 的水轮发电机组，以 500kV 电压等级接入电力系统，在系统中担任调峰、一次调频和事故备用，长距离大功率输电，机组需经常进相运行，为了确保发电机安全运行，欠励限制必须能够防止发电机进入不稳定运行区域，欠励限制和失磁保护要配合完善，欠励限制动作时失磁保护不动作，发电机失磁时失磁保护能可靠动作。

　　2 欠励限制
　　
　　糯扎渡水电厂励磁系统采用南瑞NES5100 励磁调节器。发电机励磁不足反映在各个电气参量中，主要表现为：励磁电流低、进相深度大（负无功功率大）和定子电流增大，为保证发电机安全运行，针对反映低励磁的主要电气量有相应的限制手段，在NES5100 调节器中，用 P/Q 限制来实现。

　　2.1 欠励限制原理

　　P/Q 限制器本质上是一个欠励限制器，用于防止发电机进入不稳定运行区域。发电机实际运行范围比发电机运行安全范围小得多，总留有足够的安全裕度，即实际的无功欠励限制曲线比进相允许曲线低得多。

　　一般地，无功欠励曲线为直线或折线方式，NES5100 励磁调节器为五点折线，用五个无功功率值对应五个有功功率水平来设定限制曲线。如图1 所示，图中 0ABCDEF 围成的区域为进相允许范围，超出 0ABCDEF区域为深度进相，发电机正常运行应避免进入该范围。【图1】

　　无功功率欠励限制原理为：装置实时检测发电机有功功率和无功功率，根据点与直线位置计算公式，判断实际允许点离欠励限制曲线的远近（模值）和内外（符号），当运行点越过欠励限制曲线，装置即以无功功率作为被调节量，调节偏差即为运行点至欠励曲线的距离，从而保证发电机允许点回到安全允许区域。另外，根据发电机进相运行控制原理，发电机允许进相范围与发电机端电压成一定比例关系，为了保证发电机任何时候都具有足够的安全裕度，欠励限制曲线也按照相似的关系，根据发电机电压进行调整，欠励限制模型如图2所示。【图2】

　　
　　2.2 欠励限制定值整定

　　通过发电机进相试验可检验欠励限制设定值是否合理，是否满足机组的安全稳定运行。【1】【表1、图3】

　　



　　Q实际：励磁实际低励限制值；Q1：励磁低励限制曲线第一点无功值；Q2：当前有功下对应的低励曲线无功值；U机端：当前有功下对应的机端电压值；UN：机端额定电压。【表2】

　　
　　由于励磁系统低励限制定值的设置值要经过励磁程序公式计算得出实际限制值，经过计算后的励磁低励限制值满足进相试验数据，符合机组运行要求，由表3可知。【表3】

　　
　　欠励限制的动作值与进相试验的最大深度基本吻合，可以保证机组在正常运行中，具备相应的进相能力。

　　3 失磁保护

　　失磁保护反应发电机励磁回路故障引起的发电机异常运行。糯扎渡电厂失磁保护由以下三个判据组。

　　3.1 低电压判据

　　糯扎渡电站取自发电机机端三相电压。三相同时低电压判据：Upp < Ulezd，低电压定值取85V（线电压）
　　
　　3.2 定子侧阻抗判据

　　其中图 4 中阴影部分为动作区，虚线为无功反向动作边界。【2】

　　
　　其中：发电机电抗 Xd=0.99，Xq=0.66，XS=0.263，Xd/=0.3，na=30000，nv=180发电机凸极功率定值为14.3%。【图4】

　　3.3 转子侧判据

　　转子低电压判据：Ur<Ur1zd 其中Ur1zd=99V糯扎渡电站失磁保护的I段及II段采用的是静稳圆，其中I段只发信不出口，失磁 II 段有机端低电压闭锁（当机端测量阻抗进入静稳圆，并且机端电压低于80%额定电压时出口）。

　　4 失磁保护与欠励限制配合

　　从图 5 可知：图中蓝色曲线为失磁保护阻抗动作圆，绿色曲线为进相试验中各个工况下的计算阻抗值，红色曲线为机端电压为80%额定电压时低励限制理论动作值下的机端测量值。图中蓝色牵头表示机端电压下降时，进相深度加深时，机端测量阻抗的运行方向，由于欠励限制的动作值与机端电压有关，当机端电压下降时，欠励限制的动作值变浅，限制了机端测量阻抗向失磁阻抗动作圆运动的趋势。【图5】

　　5 结束语

　　糯扎渡电站在机端电压下降到 80%额定电压的情况下，只要欠励限制正常动作，失磁保护即不会动作，低励限制可以起到很好的保护作用，满足机组进相运行的要求。

　　参考文献
　　
　　[1]南瑞 RCS-985 发变组保护说明书.
　　[2]竺士章.发电机组励磁系统试验[M].中国电力出版社.
　　[3]DL/T650-1998 大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件，中国电力出版社.
　　[4]DL/T843-2003 大型汽轮发电机交流励磁机系统技术条件，中国电力出版社.
　　[4]南瑞 NES5100 励磁调节器说明书.