發(fā)電機的勵磁限制與保護的協(xié)同整定

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§1發(fā)電機運行功率圓與限制

發(fā)電機運行功率圓又稱“安全運行極限〞或“P、Q圖〞，下面圖1為ABB勵磁廠家說明書的發(fā)電機功功率圖，經(jīng)常用到的三個限制：

1）2）3）

轉(zhuǎn)子發(fā)熱限制；定子發(fā)熱限制；低勵限制。

圖1ABB勵磁說明書中的發(fā)電機功功率圖

實際發(fā)電機的運行功率極限圖下圖所示：

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圖2某600MW汽輪機組功率圖

§1.1轉(zhuǎn)子發(fā)熱限制

§1.1.1同步發(fā)電機的相量圖

同步發(fā)電機的電動勢相量圖如圖3所示

EqjIxqδφIU

圖3同步發(fā)電機的電動勢相量圖

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對△oab的每條邊分別乘以U／Xq，得功率三角形△OAB，并以O(shè)點為原點，引入直角坐標系，如圖3所示。從圖上可看出有以下關(guān)系成立：

PEqU/xqUIδφIU2/xqOAB

Q

圖4功率三角形

1)φ—OA與縱軸的夾角即為功率因數(shù)角；2）δ—發(fā)電機功角；

3)直角坐標系的第一象限是發(fā)電機的遲相(過勵)運行區(qū)，其次象限是發(fā)電機的進相(欠勵)運行區(qū)。

4)發(fā)電機機端電壓U保持不變，Xd為發(fā)電機同步電抗為常數(shù)，BA的長度正比于發(fā)電機電勢，也正比于勵磁電流Ifn。以B點為圓心，以BA為半徑作圓弧，此圓弧即為轉(zhuǎn)子發(fā)熱極限曲線。對應(yīng)圖1中的“最大勵磁電流限制器〞。運行分析：

汽輪發(fā)電機額定運行時，定子電流I與勵磁電流均為額定值，一般其額定功率因數(shù)cosφ為0．85—0.9。此時，當欲調(diào)整發(fā)電機的運行參數(shù)，降低其功率因數(shù)(φ角增大)時，增發(fā)無功，勵磁電流I會增加，發(fā)電機的運行受到轉(zhuǎn)子發(fā)熱極限的限制。為了使轉(zhuǎn)子不過熱，則需降低定子電流，使發(fā)電機沿曲線AD運行，定子繞組未得到充分利用。反之，欲提高其功率因數(shù)(角減小)時，定子電流會超過額定值，發(fā)電機的運行受到定子發(fā)熱極限的限制，即圖1中的“欠勵、過勵側(cè)定子電流限制器〞，又稱“定子發(fā)熱限制〞。

§1.1.2ABB勵磁系統(tǒng)最大勵磁電流限制器原理

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限制器有兩個限制值：一個是強勵頂值電流限制值，另一個是連續(xù)運行允許的過熱限制值。與過熱限制值關(guān)聯(lián)的兩個控制參數(shù)分別是轉(zhuǎn)子等效加熱時間和轉(zhuǎn)子等效冷卻時間。

限制器的參數(shù)和功能框圖見圖5。

圖5ABB勵磁系統(tǒng)限制器的參數(shù)和功能框圖

同步發(fā)電機正常運行過程中（無限制器動作），最大勵磁電流限制器的限制值是強勵頂值電流限制值Imax，即AVR可以在必要時提供強勵頂值電流。在系統(tǒng)故障需要強行勵磁來排除故障時，假使勵磁電流的實際值超出過熱限制值，調(diào)理器就會起動一個剩余功率積分器，將電流偏差值Δi2（其中Δi=Ifield-Itherm）對時間積分，其結(jié)果正比于勵磁繞組的加熱能量。假使勵磁電流持續(xù)高于過熱限制值，那么積分器的輸出∫Δi2dt=ΔE將會增加。當積分器的輸出值超過ΔEmax時，最大勵磁電流限制器的限制值將從Imax降低到Itherm。上述工作由過熱檢測器完成。當勵磁電流降到正常值Itherm以下后，剩余功率積分器啟動反向冷卻積分，按冷卻時間常數(shù)Tcooling降低其輸出。

§1.2定子發(fā)熱限制

§1.2.1定子發(fā)熱限制原理

UI即視在功率，其在縱軸上的投影即為發(fā)電機的有功功率P，在橫軸上的投影即為發(fā)電機的無功功率Q；發(fā)電機維持為機端電壓U不變，圖3中的OA的長度也就正比于定子電流I，當發(fā)電機在額定工作狀態(tài)時，以O(shè)點為圓心，以O(shè)A為半徑作圓?。▽嶋H上進行了修

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正）即圖1中的“欠勵、過勵側(cè)定子電流限制器〞，此圓弧即為定子發(fā)熱極限曲線。運行分析：

第一象限的運行狀況，為了使定子不過熱，則需降低轉(zhuǎn)子電流，使發(fā)電機沿曲線FCA運行，轉(zhuǎn)子繞組未得到充分利用。若只考慮發(fā)電機繞組發(fā)熱的限制，發(fā)電機可沿曲線OA為半徑的圓弧運行，達到cosφ=1點，即與P軸相交點，此時發(fā)電機輸出的有功功率會達到額定有功功率的1．176(1／0．85)倍。由于受到發(fā)電機的原動機(汽輪機)最大安全輸出功率的限制，發(fā)電機實際只能沿直線修正后的圓弧運行，也就是說與與P軸相交點為Pmax/U,一般小于Pn/cosφn/Un。

其次象限的的運行狀況。汽輪發(fā)電機在其次象限的運行狀態(tài)是進相運行狀態(tài)，從理論上講發(fā)電機是可以進相運行的。但在實踐中，由于勵磁電流的降低，可能會導(dǎo)致發(fā)電機失去靜穩(wěn)，發(fā)電機端部發(fā)熱增加，廠用電下降等，也就進入了圖1中的“無功限制（P、Q限制）〞，又稱低勵限制。

§1.2.2ABB勵磁系統(tǒng)定子電流限制器原理

該限制器用于防止發(fā)電機定子繞組過熱，在過勵和欠勵側(cè)均有效。其工作原理與最大勵磁電流限制器的工作原理相像。主要區(qū)別在于定子電流限制器沒有一個確鑿的最大定子電流限制值，當時間趨于零時，限制值理論上可趨于無限大（Imax=?）。通過適當?shù)膮?shù)整定，可以得到接近于定子繞組最大允許熱能ΔEmax的反時限特性。

圖6