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2008年第1期
600MW 发电机组转子过负荷能力与相关
保护的配合分析
俞美忠1
,竺士章
2
(1.国电浙江北仑第一发电有限公司,浙江
北仑
315800; 2.浙江省电力试验研究院,浙江杭州310014)
北仑电厂二期600MW 汽轮发电机采用自并励励磁系统。机组投产时励磁系统的过励限制和保护整定值使用了厂家推荐整定值,机组强励时间仅为0.86s,而发电机强励时间可达10s 。为提高电网的稳定性,强励时间有延长的余地。
依据国际和国内旋转电机、励磁的相关标准,核对了励磁变压器电流保护、发电机定子过负荷保护、励磁系统过励限制和过励保护的整定值;依据励磁系统的能力,调整励磁系统过励限制和过励保护的动作曲线时间,在满足相关整定原则的前提下,延长强励时间,提高机组对电网稳定的作用。
1发电机转子过负荷允许时间和保护动作时间
发电机参数:额定容量742.8MVA,功率因数0.9(滞后),额定电压20kV,额定频率50Hz,额定电流21443A;额定励磁电压474V,额定励磁电流4760A 。
励磁变压器参数:额定容量8700kVA,额定电压20kV/1170V,额定电流251A/
4290A,阻抗电压18.7%。
GB/T 7409标准要求汽轮发电机的励磁系统强励电流倍数不小于1.8倍,持续时间不小于10s,可以理解为发电机转子能够承受该强励水平。
GB/T 7064-2002标准指出,发电机电压偏差?5%、频率偏差?2%的区域可以连续运行并实现基本功能。该基本功能应当理解为运行于额定视在功率和额定功率因数条件下,磁场电流必然大于额定磁场电流(I f n ),可以考虑为1.05I f n 或1.1I f n ,在该磁场电流下发电机可连续运行。
北仑二期机组强励电流2倍,持续时间10s 。发电机转子发热时间常数C =T {I f 2-[(1.05~ 1.1)I f n ]2
},计算发电机转子过电流发热能承受的时间T 1.05和T 1.1见表1的1和o,表1中还列出了发电机转子过负荷时相关保护动作时间。
2励磁变电流保护整定值的分析
保护采用ABB 公司的R AIDK3型电流保护,电流取自励磁变20kV 侧,保护整定值见
Matchin g Anal y sis Between Rotor Over-load Ca p abilit y
and Ralated Protection of Generator
摘要:依据旋转电机、励磁的相关标准中对发电机组转子过负荷能力和发电机继电保护整定标准的规定,对北仑电厂二期发电机过励限制、过励保护、励磁变压器电流保护和发电机定子过负荷保护的整定值进行了分析,并提出了相应的修改意见。关键词:发电机;转子;过负荷;能力;保护中图分类号:TM311:TM772
文献标识码:
B
文章编号:1007-1881(2008)01-0042-03
浙江电力
Z HEJI ANG ELECTRIC POWER
200843
年第1期
表3
定子过负荷保护整定值
表4发电机定子和转子过负荷倍数的近似转换关系
图1发电机电压和励磁电压在P-Q 坐标的矢量转子过负荷倍数I f /I fn 2.01.8 1.5 1.21定子过负荷倍数
2.15
1.90
1.53
1.19
1
表1转子过负荷允许时间和保护动作时间
s
表2励磁变电流保护整定值
I /I t 1
动作特性
过流整定值I > 1.09极端反时限EI(t=80@k/[(I/I >)2-1]),k=0.2速断整定值I m
3.00
定时限(DT),0.1s
过负荷倍数I f /I fn
2.01.81.51.21转子过电流时间T 1.05o转子过电流时间T 1.1?励磁变过流反时限保护?发电机定子过负荷保护?发电机定子过负荷能力?过励限制OED 动作时间?过励保护OEP 动作时间à调整后过励限制OED 动作时间á调整后过励保护OEP 动作时间
10.010.06.84.9110.30.862.103.455.95
13.613.79.36.8914.41.172.864.688.11
25.326.817.913.628.02.185.438.715.4
85.9121.375.547.791.67.4120.329.657.6
表2。
表2中额定磁场电流下的励磁变一次电流为I t1,I t1U 0.816@U t2/U t1@I fn =227.2A,其中U t2、U t1分别为励磁变一次和二次额定电压。
不考虑励磁变激磁电流影响,励磁变过流保护的动作时间(见表1的?)均小于发电机转子过电流发热能承受的时间(见表1的1和o),满足励磁变反时限过流和转子过电流的配合要求。
励磁变速断保护动作电流应能可靠躲过机组强励时流过励磁变的电流。机组最大强励电流发生在机端电压额定时,其强励倍数与励磁变参数之间的关系式如下:
Kp max U f n =1.35U t l cos15b -3Z d
@U t12K p max I f n /(P S t )(1)
式中:K p max )))最大强励倍数;
U f n )))发电机额定励磁电压;S t )))励磁变容量;
Z d )))励磁变短路阻抗。
将设备参数代入式(1),得最大强励倍数Kp max=2.51。励磁变速断保护动作电流躲过机组强励时流过励磁变最大电流的可靠系数3.00/2.51=1.195,满足励磁变速断和转子过
负荷的配合要求。
3发电机定子过负荷保护整定值的分析
保护采用ABB 公司的R AVK3型反时限过负荷保护,保护整定值见表3。
当机组额定出力时,过励磁导致的发电机过负荷应同时满足发电机转子过电流和定子过电流的要求。根据图1发电机P-Q 坐标的矢量图计算发电机有功出力不变时,转子过电流对应的定子过电流关系,见表4。X d 采用发电机同步电抗饱和值1.85。根据此对应关系,计算了因发电机转子过负荷导致的发电机定子过负荷保护动作时间(见表1的?),均小于发电机转子过负荷发热能承受的时间,满足发电机过负荷保护与转子过负荷能力的配合要求。
保护整定依据制造厂家提供的定子绕组允许过负荷能力确定或依据5GB/T 7064-2002透平型同步电机技术要求63.13条
I /I n
动作时间曲线
过流整定值I b
1.026
t =S #In ,k =1.01S =240s
过负荷整定值I p 1.000
I 2-I p 2I 2-I b 2@k 2
浙江电力
442008年第1期
表5励磁控制系统的过励限制和过励保护整定值
发热常数启动值动作时间曲线
过励限制OEDT=2.5OED=1.05过励保护OEPT=6.0O EP=1.07t\O EDT
I f2-OED2 t\
OEPT
I f2-OEP2
(I2-1)t=37.5确定,其值(表1的?)大于定子过负荷保护(表1的?),满足发电机定子过负荷保护与定子过负荷能力的配合要求。
4励磁系统的过励限制和过励保护整定值分析
发电机励磁控制系统采用TOS HIBA公司的数字式AVR自动电压调节系统,其限制发电机转子过负荷主要使用过励限制(OED)和过励保护(OEP)。过励保护动作于停机。机组带负荷运行时的整定值见表5。
在发电机转子过负荷时,励磁系统过励限制和过励保护的动作时间见表1的?和?,虽然励磁系统的过励限制与过励保护之间满足配合要求,并在转子的允许过负荷能力曲线之下,但其强励时间偏小,不利于电力系统稳定。
5分析结论
(1)励磁变电流保护的整定值满足与转子允许过负荷能力的配合。
(2)在发电机额定出力时,因发电机转子过负荷导致发电机定子过负荷,发电机定子过负荷保护的动作时间曲线在满足发电机允许定子绕组过负荷能力曲线配合的同时,还能满足转子过负荷能力曲线的配合关系。
(3)过励限制和过励保护的动作时间偏快,2倍过励时过励限制仅延时0.86s,过励保护仅延时2.1s,需要调整其参数,以加强发电机励磁系统对系统稳定的作用。6整定值修改
整定依据为:
(1)在最大过励倍数时过励限制的动作时间应大于发变组保护后备保护的动作时间。
(2)过励限制应先与发电机定子过负荷保护、励磁变过流和速断保护动作。
(3)过励保护应慢于过励限制的动作。
根据上述原则,选择过励限制延时OEDT =10,过励保护延时OEPT=17。将调整后的过励限制、过励保护的动作时间见表1的à和á,调整后强励持续时间从0.86s提高到3.45s,同时满足整定配合要求。
按照DL/T684-19995大型发电机变压器继电保护整定计算导则6,定子过电流保护按照定子发热特性整定,即1.5倍I n下可持续运行30s;发电机转子过负荷保护按照转子发热特性整定,即强励电流下可持续运行10s。
由于无转子过负荷保护,可以将励磁变电流反时限保护延伸到转子端,按照发电机转子发热特性整定参数。励磁系统过励保护也按此值整定。励磁系统过励限制可以整定至强励电流下8s。
继电保护和励磁系统相关限制和保护参数进一步调整,有可能将强励持续时间从3.45s提高到8s,从而大大增强发电机励磁系统对电力系统稳定的作用。
参考文献:
[1]GB/T7064-2002透平型同步电机技术要求[S].
[2]GB/T7409-1997同步电机励磁系统[S].
[3]DL/T684-1999大型发电机变压器继电保护整定计
算导则[S].
收稿日期:2007-06-11
作者简介:俞美忠(1976-),女,浙江宁波人,工程师,从事发电厂继电保护整定计算和管理工作。
(本文编辑:杨勇)
俞美忠,等:600MW发电机组转子过负荷能力与相关保护的配合分析竭诚为电网服务