10-励磁限制与保护的配合

励磁限制与保护的配合国电南瑞科技股份有限公司 二零一三年八月 励磁限制与发变组保护的分类 励磁限制与发变组保护的配合励磁限制与发变组保护配合的具体实现励磁限制与发变组保护的分类 发电机具备短时过载能力。

因此在运行的过程中，极端的工况下要有效、充分的利用发电机的过载能力发电机过载时，必须要设立有效的限制与保护功能，以保证发电机各绕组、端部的安全励磁限制与发变组保护的参数要进行协调匹配，基本原则就是：在发电机运行安全允许范围内，限制先动，保护后动。

励磁限制与发变组保护的分类A•励磁绕组发热限制 •强励限制与转子过负荷保护B •定子绕组发热限制•定子电流限制与定子过电流保护C•端部发热或静态稳定限制•低励限制和失磁保护励磁限制与发变组保护的分类补充说明：◆让励磁系统的限制功能与发电机组保护功能协调一致，确保最大限度的发挥发电机组过载能力的同时确保“励磁先动、保护后动”以保证发电机组和励磁系统的安全，这就是网源协调参数核查的目的。

◆在三组需要匹配的涉网参数中，低励限制（欠励限制）与发变组失磁保护会在机组的进相试验中进行整定，本文不作过多赘述，主要是以前两组内容为主。

励磁限制与发变组保护的分类 励磁限制与发变组保护的配合励磁限制与发变组保护配合的具体实现励磁限制与发变组保护的配合一、强励限制与转子过负荷保护的配合1、“过励限制”、“强励反时限限制”的术语解释；2、强励反时限限制是指发电机转子绕组过电流的时间超过了限制功能所允许的时间，此时励磁调节器强励限制动作，强行减磁，把励磁电流拉回至额定值以下；3、转子过负荷保护是指发电机转子绕组过电流的时间超过了转子过负荷保护功能所允许的时间（若励磁与保护的参数匹配合理，那此种情况意味着励磁系统强励限制功能没能起到有效的限制作用），此时发变组保护动作（根据机组容量不同，发信或者出口跳闸）。

励磁限制与发变组保护的配合一、强励限制与转子过负荷保护的配合4、发电机转子绕组过负荷的能力1）对于汽轮发电机，标准GB/T7064-2008规定了汽轮发电机转子过电流的反时限特性，发热常数C为33.75，典型的过流值与允许时间见右表。

针对其他的过流值所允许的时间，该标准给出了具体的函数如下：其中：If表示励磁电流实际值，标幺值；C表示励磁绕组发热常数；t表示励磁电流持续的时间，单位是s；并规定，每年达到该曲线所确定的最大发热量次数不超过2次！励磁限制与发变组保护的配合一、强励限制与转子过负荷保护的配合4、发电机转子绕组过负荷的能力2）对于水轮发电机，标准GB/T7894-2009水轮发电机基本技术条件有如下规定：◆水轮发电机的转子绕组应能承受2倍额定励磁电流，持续时间为：空气冷却的水轮发电机不少于50s；直接冷却或加强空气冷却的水轮发电机不少于20s；◆需要注意的是，在标准中并未给出水轮发电机转子绕组过流计算函数。

由于转子结构以及气隙的原因，水轮发电机转子绕组过载能力比汽轮发电机要强，在现场参数整定时，如果电厂以及电科院没有明确的要求那水轮机的强励限制曲线可参考汽轮机的参数进行整定。

励磁限制与发变组保护的配合一、强励限制与转子过负荷保护的配合5、标准对发变组保护转子过负荷保护的要求在《GB14285-2006继电保护技术规程》中第4.2.10中有如下说明：◆对励磁系统故障或强励时间过长的励磁绕组过负荷，100MW及以上采用半导体励磁的发电机，应装设励磁绕组过负荷保护。

◆300MW以下采用半导体励磁的发电机，可装设定时限励磁绕组过负荷保护，保护带时限动作于信号和降低励磁电流。

◆300MW及以上的发电机其励磁绕组过负荷保护可由定时限和反时限两部分组成。

定时限部分：动作电流按正常运行最大励磁电流下能可靠返回的条件整定，带时限动作于信号和降低励磁电流。

反时限部分：动作特性按发电机励磁绕组的过负荷能力确定，并动作于解列灭磁或程序跳闸。

保护应能反应电流变化时励磁绕组的热积累过程。

励磁限制与发变组保护的配合一、强励限制与转子过负荷保护的配合5、标准对发变组保护转子过负荷保护的要求以南瑞继保的发变组保护为例进行说明，转子过负荷保护主要针对下列情况：◆首先，机组容量大于等于100MW才被要求设置转子过负荷保护。

◆当机组容量大于100MW小于300MW时，仅采用“定时限”（发信）进行保护：“定时限”是指，当励磁电流大于1.1倍时，经过一定时间的延时后发信给励磁系统进行减磁；◆当机组容量大于300MW时，采用“定时限”“反时限”进行保护；“定时限”一般设定为励磁系统最大强励倍数的1~1.1倍。

例如，励磁系统的最大强励倍数为2，则保护的定时限定值一般是（2~2.2）倍之间。

当励磁电流达到定时限，并且持续时间超过保护内的设定值，则保护出口（跳机）“反时限”的特性曲线与发电机转子过电流特性一致。

其反时限的启动值一般设定为励磁系统强励反时限启动值的（1.05~1.1）之间，比如，励磁系统设定的强励反时限启动值为1.05，那么发电组保护设定的反时限启动值一般在（1.1~1.155）之间；励磁限制与发变组保护的配合一、强励限制与转子过负荷保护的配合6、启动值、限制值、级差等术语的解释◆启动值：不管是励磁系统的强励反时限限制，还是发变组保护的转子过负荷保护，启动值都是指只有当励磁电流的实际值超过了该数值，强励限制功能或者发变组保护功能才有可能动作。

对于NES5100/NES6100，在启动值以下，强励限制功能的积分闭锁（保持不动）。

考虑到：1）按照GB755的要求，发电机机端电压、频率允许一定范围内的波动，那么在额定功率因数和额定视在功率的工况下对应的励磁电流往往可以达到 105%~110%之间；2）采样的误差——因此一般来说励磁电流110%以下各类限制与保护不应动作。

励磁强励限制的启动值一般设105%~110%之间，目前NES5100/NES6100默认值设成105%（可修改）励磁限制与发变组保护的配合一、强励限制与转子过负荷保护的配合6、启动值、限制值、级差等术语的解释保护的启动值一般比励磁强励限制功能的启动值大（1.05~1.1）倍，励磁强励限制启动值设成1.05，那么保护的启动值则应该在（1.1~1.15）倍左右，可建议电厂设成1.1倍。

◆限制值：限制值目前统一设成1，即额定励磁电流100%。

它的用处主要是用于反时限公式的计算：此处的“1”即为限制值励磁限制与发变组保护的配合一、强励限制与转子过负荷保护的配合6、启动值、限制值、级差等术语的解释◆级差：励磁限制功能与发变组保护配合的基本原则就是“在保证发电机安全的前提下，限制先动，保护后动”——此处的励磁限制功能与发变组保护功能动作的时间差，即为级差。

举例说明：强励限制，启动值1.05，C设为30，则2倍励磁电流允许时间为10s ；转子过负荷保护，启动值1.1，C设为33.75，则2倍励磁电流允许时间11.25s；那么，在2倍额定励磁电流的情况下，级差为1.25s励磁限制与发变组保护的配合二、定子电流限制与定子过电流保护的配合1、定子电流限制与保护配合的目的1）为了避免发电机定子绕组因电流过大发热过多，有必要设立定子电流限制与保护功能；2）为了更好的利用发电机转子绕组过负荷能力，需要合理的整定定子电流限制与定子过电流保护值。

一般说来，定子过电流限制的过热量要稍大于转子绕组过电流限制的过热量。

励磁限制与发变组保护的配合二、定子电流限制与定子过电流保护的配合2、定子绕组过电流能力1）《GB/T7064-2008隐极同步发电机技术要求》对汽轮发电机定子绕组过电流能力有如下要求：◆额定容量在1200MVA及以下的电机，应能承受1.5倍的额定定子电流历时30s而无损伤。

◆对额定容量大于1200MVA 的电机，应能承受1.5倍额定定子电流，但允许的过电流时间应由供需双方商定，可以小于30s；随容量增加过电流时间可减小，但最小为15s。

◆容量小于1200MVA及以下发电机允许的过电流时间与过电流倍数由以下函数确定：其中：I表示定子电流实际值，标幺值t表示当前的电流值下所允许的持续时间励磁限制与发变组保护的配合二、定子电流限制与定子过电流保护的配合2、定子绕组过电流能力2）《GB/T7894-2009水轮发电机基本技术条件》对水轮发电机定子绕组过电流能力有如下要求：水轮发电机在事故条件下允许短时过电流。

定子绕组过电流倍数与持续时间按下表4确定。

励磁限制与发变组保护的配合二、定子电流限制与定子过电流保护的配合2、定子绕组过电流能力3）类似于转子绕组过电流的情况，由于水轮发电机及汽轮发电机本身结构的区别，水轮发电机定子绕组过电流的能力明显强于汽轮发电机。

水轮发电机定子绕组过电流倍数与时间的关系没有具体的函数，在电厂、主机厂、电科院以及调度等没有明确要求的前提下，水轮发电机组定子绕组过电流限制与保护参数的整定可按照汽轮发电机组进行。

注意：在标准中（不管是汽轮发电机还是水轮发电机），都强调了发电机定子绕组每次过电流达到允许时间的次数以每年不超过2次为设计准则。

励磁限制与发变组保护的配合二、定子电流限制与定子过电流保护的配合3、发电机定子绕组过电流的工况及处理1）发电机有功增加（汽轮机-汽门、水轮机-导叶）时，定子电流会增大；2）有功稳定时，发电机滞相无功、进相无功增加时，定子电流都会增大；3）滞相区，定子电流限制动作后，励磁电流将会被减小；进相区，定子电流限制动作后，励磁电流将会被增加；4）为了避免振荡，当发电机无功电流接近于0时，此时将闭锁定子电流限制的输出，即应设定合适的无功死区。

此时合理的操作方式是发信给中控室或DCS进行减有功负荷。

励磁限制与发变组保护的配合二、定子电流限制与定子过电流保护的配合4、定子电流限制与发电机定子过电流保护的配合励磁系统定子电流限制与发变组定子过电流保护具有相同的函数，即：其中：I表示定子电流实际值，标幺值；t表示当前的电流下所允许的持续时间；C 表示定子绕组发热时间常数，按照标准规定，最高为37.5s不同的是，为了留有级差，励磁定子电流限制的时间常数C一般会比定子过电流保护设定的小。

励磁限制与发变组保护的分类励磁限制与发变组保护的配合励磁限制与发变组保护配合的具体实现励磁限制与发变组保护配合的具体实现一、强励限制与转子过负荷保护的实现1、NES5100励磁系统强励反时限限制参数的整定1）由公式可见，需要确定的参数有三个：◆顶值励磁电流倍数（转子电流短时容量倍数）；◆顶值励磁电流持续时间（转子电流短时时间）；（注：以上两个参数确定之后，发热常数C随之确定）◆励磁电流长期运行最大值（转子电流长期容量倍数）2）在NES5100界面中“参数设置”→“励磁调节器参数”→“强励反时限限制器”窗口中可以进行上述参数的修改。