励磁调节器中的过励限制器解释说明

励磁系统限制器与发变组保护定值配合整定分析[摘要] 励磁系统限制器与发变组保护定值的配合问题在现场应用时，有时容易忽略，致使励磁系统发生异常现象，发变组保护立即作出停机动作。

为了避免这样现象的发生，有效的将励磁系统限制器与发变组保护定值实施配合至关重要。

文章主要分析了励磁系统与发变组保护配合原则，及励磁系统限制器与发变组保护定值配合事例。

[关键词] 发变组保护；励磁系统限制；配合整定；0引言发变组保护和励磁系统在电站中为两个关键的自动控制系统。

假如这两个重要系统出现故障，不仅仅会损害机组本身，同时还会严重影响电网正常工作。

为切实加强并网机组安全管理，提升网源协调运行水平，需重点核查励磁系统过励限制于保护的配合关系。

大多数电厂进行发变组保护计算时，关于励磁系统限制器与发变组保护定值的配合非常容易忽略，致使励磁系统一旦发生异常现象，发变组保护立即作出停机动作,为机组的安全稳定运行埋下隐患。

1 励磁限制与涉网保护协调配合校核原理发电机组励磁限制与涉网保护的协调配合主要包括低励限制与失磁保护之间的协调配合，过励限制与转子过负荷保护之间的协调配合，V／ Hz限制与过激磁保护之间的协调配合，定子电流限制器与定子过负荷保护配合等关系。

本章节分析这些涉网保护与限制配合关系的校核原理。

1.1 低励限制和失磁保护的协调配合低励限制检测到机组励磁水平降低动作值时，即产生控制作用增大励磁使机组运行点回到运行范围，提高机组和系统的安全稳定性。

低励限制线的设置通常依据发电机组进相试验的结果，在功率坐标系中进行整定，同时注意不能束缚发电机组的进相运行能力。

失磁保护是在发电机励磁突然消失或部分失磁时，采取减出力、灭磁解列或跳闸等方式确保机组本身安全。

失磁保护的动作依据是发电机的热稳定性和静态稳定极限等条件，通常在阻抗坐标系中整定。

发电机组低励限制应与失磁保护协调配合，在任何扰动下的低励限制灵敏度应高于失磁保护，先于失磁保护动作。

励磁基础知识--励磁限制单元励磁限制单元是励磁控制器的励磁限制环节。

这些励磁限制单元在正常情况下是不参与自动励磁控制的，而当发生非正常运行工况，需要励磁控制器投入某些特殊的限制功能时，通过综合放大单元的处理使相应的限制器起控制作用。

励磁控制器中的励磁限制单元主要包括对励磁输出进行限制和对励磁给定进行限制两部分，主要实现以下限制功能：1、最大励磁电流瞬时限制--瞬时过励限制2、欠励限制--最小励磁限制3、反时限延时过励磁电流限制4、功率柜最大出力限制5、空载强励限制6、伏赫限制7、无功功率过剩限制最大励磁电流限制：限制发电机励磁电流的顶值，防止超出允许的强励倍数，避免励磁功率单元以及发电机转子绕组超限制运行而损坏。

励磁电流的强励倍数一般不大于2。

欠励限制：防止发电机因励磁电流过度减小而引起失步或因机组过度进相运行引起发电机定子端部过热。

反时限延时过励磁电流限制：主要作用是最大励磁延时限制，它按发电机转子容许发热极限曲线对发电机转子电流进行限制，防止发电机转子绕组因长时间过流而发热，该限制具有反时限限制特性。

功率柜最大出力限制：实质上是一个可变限制值的最大励磁电流瞬时限制，它根据功率柜的故障程度以及对出力的影响程度区别对待，并相应地设置一系列不同的限制值作为励磁电流瞬时限制的动作整定值。

空载强励限制：限制机组在起励升压过程中和空载运行时，发生意外的误强励作用。

它实质上是一个低限制值的瞬时电流限制器，在机组空载运行时投入，并网后退出。

伏赫限制：机组在解列运行时,确保伏赫比不超过规定的安全数值之外。

机组在解列时，其端电压上升，频率下降。

如果出现机端电压与频率的比值过高，磁通也随之边的过大，从而导致发电机与相连接的主变压器的铁心出现饱和，使空载励磁电流加大，损耗增加，造成铁心过热。

无功功率过剩限制：也称为定子过流限制。

发电机超出容量极限运行时，会使定子绕组过流而过度发热。

无功功率过剩限制在并网时投入，解列时退出，延时动作，瞬时复归。

励磁系统的过励限制和过励保护竺士章,陈新琪(浙江省电力试验研究院,浙江省杭州市310014摘要:对采用发电机和励磁机磁场电流实现的励磁系统,分别对其顶值电流瞬时限制和过励反时限限制提出了函数特性、启动值、限制值、限制动态过程要求,以及参数整定要求,确定了与发电机相关保护、定子过电流限制、励磁变保护的配合关系。

提出了对过励保护的技术要求。

对励磁机磁场电流作为信号的过励限制的函数形式提出了建议。

关键词:励磁系统;过励限制;过励保护;特性;整定收稿日期:2009206225;修回日期:2009211217。

0引言合理整定励磁系统过励限制和保护定值是一个关系到机组安全和电力系统稳定的重要问题。

美国1996年和2003年2次大停电,在电网瓦解的最后时刻都有过励保护动作。

说明在避免电网瓦解过程中需要大量无功支持,正确的励磁系统过励限制和过励保护可以在保证发电机组安全可靠运行的条件下最大限度地发挥发电机的作用,从而提高电网的稳定裕度。

本文对过励限制和过励保护特性、参数整定等方面进行分析,对励磁机磁场电流作为信号的过励限制的函数形式提出了建议。

1过励限制的主要特性励磁系统过励限制[1]包含顶值电流瞬时限制和过励反时限限制2种功能。

静止励磁系统和有刷交流励磁机励磁系统采用发电机磁场电流作为过励限制的控制量,无刷交流励磁机励磁系统采用励磁机励磁电流作为过励限制的控制量。

过励反时限特性函数类型与发电机磁场过电流特性函数类型一致。

因励磁机饱和难以与发电机磁场过电流特性匹配时宜采用非函数形式的多点表述反时限特性。

隐极式同步发电机转子过电流特性见G B/T 7064—2008[2]的4.29条。

特性表达式如下:(I 2-1t =33.75(1式中:I 为发电机磁场电流对额定磁场电流I fn 的比值;t 为许可的过电流持续时间。

水轮发电机转子仅有承受2I fn 的持续时间的描述,缺少过电流特性的函数描述。

励磁系统功率单元(励磁变压器、整流桥、励磁机等的过电流能力应保证实现发电机转子过电流能力,但是某些交流励磁机励磁系统的顶值电流可能小于发电机转子过电流能力,当两者不相同时按小者确定。

第一章专业知识1.1 名词解释1）发电机励磁系统提供发电机磁场电流的装置，包括所有调节与控制元件、励磁功率单元、磁场过电压抑制和灭磁装置以及其它保护装置。

2）发电机励磁控制系统包括发电机及其励磁系统的反馈控制系统。

3）励磁调节器指按照某种调节规律对同步发电机机端电压、无功功率、功率因数、转子电流进行实时闭环调节的装置。

4）自动电压调节器（A VR）指实现按恒机端电压调节方式的调节及相关的限制保护功能的装置，也称自动（调节）通道。

5）手动励磁调节器（FCR）指实现按恒励磁电流调节方式的调节及相关的限制保护功能的装置，也称手动（调节）通道。

6）过励限制器一种电压调节器的附加单元或功能，当发电机运行在滞相工况时，为防止励磁电流过度增大，通过减小励磁电流，将发电机运行点限制在发电机PQ曲线范围内的限制器，目的是防止发电机定子、转子过热。

7）欠励限制器一种电压调节器的附加单元或功能，当发电机进相运行时，为防止励磁电流过度减少，通过增加励磁电流，将发电机运行点限制在发电机稳定PQ曲线范围内的限制器。

目的是防止稳定破坏，防止发电机定子端部铁芯过热。

8）V/Hz限制器 2一种电压调节器的附加单元或功能，当机组频率降低到某一预定值后，根据频率减少而使被调电压按比例减少，目的是防止同步电机或与其相连变压器过磁通。

9）电力系统稳定器一种附加励磁控制装置或功能，它借助于自动电压调节器控制同步电机励磁，用以阻尼电力系统功率振荡，输入变量可以是转速、频率、功率，或多个变量的综合。

10）理想灭磁曲线在灭磁过程中，励磁电压反向并保持恒定，励磁电流按直线规律衰减，直到励磁电压和电流为零，即为理想灭磁曲线。

1.2 判断题1）同步发电机励磁系统的分类方法只有一种，即按同步发电机励磁电源的提供方式进行分类。

（×）2）提高维持发电机电压能力的要求和提高电力系统稳定的要求在许多方面是不一致的。

（×）3）控制系统中把测量到的输出量送回输入端，并与输入信号相比较产生偏差信号的过程称为反馈，若反馈的信号与输入信号相减，使产生的偏差越来越小，则称为负反馈；反之则称为正反馈。

EXC9000 用户手册第3章调节器软件功能说明用户手册功能说明广州电器科学研究院广州擎天电气控制实业有限公司目录1 .调节功能1.1给定值调节与运行方式 (5)1.2自动电压调节器和励磁电流调节器 (5)1.3电力系统稳定器（PSS (7)1.4调节器工作模式 (9)1.4.1发电模式 .......................................................................................................................................... 9..1.4.2电制动模式 (10)1.4.3恒控制角模式 (11)1.4.4短路干燥模式 (12)1.5有功和无功功率补偿 (12)1.6调差 (12)1.7叠加的无功功率或功率因数控制 (13)1.8软起励控制 (13)1.9通道间的跟踪 (14)2.限制功能 (15)2.1强励限制和过励限制 (15)2.2欠励限制 (16)2.3定子电流限制 (17)2.5低频 (19)3.故障检测及判断 (19)3.1同步故障 (19)3.2低励磁电流 (20)3.3励磁变副边CT故障 (20)3.4PT 故障 (20)3.5调节器故障 (21)4.防错功能 (21)4.1检测容错 (21)4.2控制容错 (22)5. ............................................................................................................................. 其它功能. (22)5.1R631 信号 (22)5.2R632 信号 (22)5.3开机令输出 (22)5.4复位 (23)5.6内部跟踪 (23)5.7系统电压跟踪 (23)5.8恒Q控制 (24)5.9恒PF控制 (24)5.10 人工操作增减磁 (24)6.调节器逻辑流程图 (26)6.1开机流程 (26)6.2停机流程 (27)6.3主CPU S序及中断服务流程 (28)6.4DSP采样程序及中断服务流程 (29)6.5通道切换流程 (29)6.6通道跟踪流程 (30)6.7系统电压跟踪流程 (30)1 .调节功能1.1给定值调节与运行方式利用开关量输入命令或者通过串行通讯，可控制励磁调节器给定值的增、减和预置给定值设有上限和下限。

1什么是发电机过激励限制、低励、过励1、过激磁限制：当发电机出口V/f值较高时，主变和发电机定子铁芯将过激磁，从而产生过热、损坏。

为了避免这种现象的发生，当V/f超过整定值时，通过过激磁限制器向AVR综合放大回路输出一降低励磁的调节信号。

为了防止发电机低频下出现过激磁，此时可能出现过磁通现象（尤其是主变压器），从而对机组及变压器造成损坏，过激励限制器可限制给定，使发电机退出过激磁，防止过热事故。

其实最简单的概述就是：1.1低励限制：发电机易失去稳定，发电机定子端部漏磁增大，端部发热增加。

1.2过励限制：发电机的转子绕组过热而损坏。

1.3过激磁限制：主变和发电机定子铁芯将过激磁，从而产生过热、易损坏设备。

2、低励限制：发电机低励运行期间，其定、转子间磁场联系减弱，发电机易失去静态稳定。

为了确保一定的静态稳定裕度，励磁控制系统（AVR）在设计上均配置了低励限制回路，即当发电机一定的有功功率下，无功功率滞相低于某一值或进相大于某一值时，在AVR综合放大回路中输出一增加机端电压的调节信号，使励磁增加。

限制无功功率，使机组在进相运行时不能超过限制曲线，因为当机组超出了允许的运行范围时，机组将会失去稳定，为了保证机组的稳定运行，低励限制器必须在机组超过限制区之前将定子电压升高，以使机组运行点回到允许的允许范围之内。

3、过励限制：为了防止转子绕组过热而损坏，当其电流越过一定的值时，该限制起作用，通过AVR综合放大回路输出一减小励磁的调节信号。

当有倒闸操作，或者系统发生短路故障，以及系统电压降低要求机组增加无功功率时，励磁调节器将增加励磁电流以维持机端电压的恒定；若出现线电压大幅度降低时，如果电压设定值没有及时减小，或者主变的变比（分接头）没有调整到合适的位置时，将导致转子过载。

过励限制器的作用就是：在上述的情况下，自动限制发电机励磁电流，降低发电机机端电压。

励磁调节器限制功能与发变组保护配合关系分析批准：审核：初审：编制：励磁调节器限制功能与发变组保护配合关系分析一、转子电流过励限制器、定子电流过励限制器与励磁绕组过负荷保护、定子绕组过负荷保护的配合情况励磁调节器UNITROL5000中转子、定子过励限制器公式为 ：()()()10,2)1(30110000/110000/t 222==-=⨯--=T I I T II fMAX f ffMAX发变组保护中励磁绕组过励曲线为：()()5.311/t2=-=C I ICjzfd发变组保护中定子过励曲线为：()1.33/t tc 22*tc ==K I I K sr表一 转子过励限制器与励磁绕组过负荷配合情况表二 定子过励限制器与励磁绕组过负荷配合情况通过表一、表二可以看出：1、在发电机转子过励允许范围内，励磁绕组过负荷保护曲线高于转子电流过励限制器曲线2、在发电机定子过励允许范围内，定子绕组过负荷保护曲线高于定子电流过励限制器曲线。

二、欠励限制器与失磁保护的配合情况1、发变组保护中失磁保护取异步阻抗圆：220.35972250001.98221000220d N TA a B TV X U n X j j j S n '=-⨯⨯=-⨯⨯=-Ω220.35972250002.835833.17221000220d N TA b d B TVX U n X j X j j S n ∙∙'⎛⎫⎛⎫=-+=-+⨯⨯=-Ω ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭定子阻抗特性圆半径R ：33.17 1.9815.622b a X X R --===Ω 定子阻抗特性圆圆心到坐标原点的阻抗15.595 1.9817.58X a X R X =+=+=Ω 进相运行测量阻抗不落入定子阻抗特性的最小负荷阻抗角min ϕ为 m i n 15.690arcsin 90arcsin 27.4617.58X R X ϕ⎛⎫⎛⎫=︒-=︒-=︒⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭即进相功率因数不低于cos 27.460.89︒=时，不论有功功率大小，定子阻抗特性不会动作。