發(fā)電機(jī)的勵磁限制與保護(hù)的配合整定

1、發(fā)電機(jī)的勵磁限制與保護(hù)的配合整定1發(fā)電機(jī)運(yùn)行功率圓與限制發(fā)電機(jī)運(yùn)行功率圓又稱“安全運(yùn)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(jī)功功率圖，經(jīng)常用到的三個限制：1） 轉(zhuǎn)子發(fā)熱限制；2） 定子發(fā)熱限制；3） 低勵限制。圖1 ABB勵磁說明書中的發(fā)電機(jī)功功率圖實(shí)際發(fā)電機(jī)的運(yùn)行功率極限圖下圖所示：圖2 某600MW汽輪機(jī)組功率圖1.1轉(zhuǎn)子發(fā)熱限制1.1.1同步發(fā)電機(jī)的相量圖同步發(fā)電機(jī)的電動勢相量圖如圖3所示IUEqQjIxq圖3 同步發(fā)電機(jī)的電動勢相量圖對oab的每條邊分別乘以UXq，得功率三角形OAB，并以O(shè)點(diǎn)為原點(diǎn)，引入直角坐標(biāo)系，如圖3所示。從圖上可看出有以下關(guān)系成立：IU2/

2、xqEqU/xqUIOBAQP圖4 功率三角形1) OA與縱軸的夾角即為功率因數(shù)角；2） 發(fā)電機(jī)功角；3) 直角坐標(biāo)系的第一象限是發(fā)電機(jī)的遲相(過勵)運(yùn)行區(qū)，第二象限是發(fā)電機(jī)的進(jìn)相(欠勵)運(yùn)行區(qū)。4) 發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓U保持不變，Xd為發(fā)電機(jī)同步電抗為常數(shù)， BA的長度正比于發(fā)電機(jī)電勢，也正比于勵磁電流Ifn。以B點(diǎn)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(yùn)行分析：汽輪發(fā)電機(jī)額定運(yùn)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)cos為0850.9。此時，當(dāng)欲調(diào)整發(fā)電機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，降低其功率因數(shù)(角增大)時，增發(fā)無功，勵磁電流I 會增加

3、，發(fā)電機(jī)的運(yùn)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(jī)沿曲線AD運(yùn)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(jī)的運(yùn)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”。1.1.2 ABB勵磁系統(tǒng)最大勵磁電流限制器原理限制器有兩個限制值：一個是強(qiáng)勵頂值電流限制值，另一個是連續(xù)運(yùn)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5 ABB勵磁系統(tǒng)限制器的參數(shù)和功能框圖同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行過程中（無限制器動作），最大

4、勵磁電流限制器的限制值是強(qiáng)勵頂值電流限制值Imax，即AVR 可以在必要時提供強(qiáng)勵頂值電流。在系統(tǒng)故障需要強(qiáng)行勵磁來排除故障時，如果勵磁電流的實(shí)際值超出過熱限制值，調(diào)節(jié)器就會起動一個剩余功率積分器，將電流偏差值i2（其中i=Ifield-Itherm）對時間積分，其結(jié)果正比于勵磁繞組的加熱能量。如果勵磁電流持續(xù)高于過熱限制值，那么積分器的輸出i2dt=E 將會增加。當(dāng)積分器的輸出值超過Emax 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(dāng)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

5、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(jī)的有功功率P，在橫軸上的投影即為發(fā)電機(jī)的無功功率Q；發(fā)電機(jī)維持為機(jī)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(dāng)發(fā)電機(jī)在額定工作狀態(tài)時，以O(shè)點(diǎn)為圓心，以O(shè)A為半徑作圓?。▽?shí)際上進(jìn)行了修正）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(yùn)行分析：第一象限的運(yùn)行情況，為了使定子不過熱，則需降低轉(zhuǎn)子電流，使發(fā)電機(jī)沿曲線FCA運(yùn)行，轉(zhuǎn)子繞組未得到充分利用。若只考慮發(fā)電機(jī)繞組發(fā)熱的限制，發(fā)電機(jī)可沿曲線OA為半徑的圓弧運(yùn)行，達(dá)到cos=1點(diǎn)，即與P軸相交點(diǎn)，此時發(fā)電機(jī)輸出的有

6、功功率會達(dá)到額定有功功率的1176(1085)倍。由于受到發(fā)電機(jī)的原動機(jī)(汽輪機(jī))最大安全輸出功率的限制，發(fā)電機(jī)實(shí)際只能沿直線修正后的圓弧運(yùn)行，也就是說與與P軸相交點(diǎn)為Pmax/U,一般小于Pn/cosn/Un。第二象限的的運(yùn)行情況。汽輪發(fā)電機(jī)在第二象限的運(yùn)行狀態(tài)是進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)，從理論上講發(fā)電機(jī)是可以進(jìn)相運(yùn)行的。但在實(shí)踐中，由于勵磁電流的降低，可能會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失去靜穩(wěn)，發(fā)電機(jī)端部發(fā)熱增加，廠用電下降等，也就進(jìn)入了圖1中的“無功限制（P、Q限制）”，又稱低勵限制。1.2.2 ABB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(jī)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

7、工作原理相似。主要差別在于定子電流限制器沒有一個確切的最大定子電流限制值，當(dāng)時間趨于零時，限制值理論上可趨于無限大（Imax=）。通過適當(dāng)?shù)膮?shù)整定，可以得到接近于定子繞組最大允許熱能Emax 的反時限特性。圖6 ABB勵磁系統(tǒng)定子電流限制器定子電流限制器分欠勵側(cè)和過勵測兩部分，其限制量均為定子電流的平均值。當(dāng)發(fā)電機(jī)過勵時，欠勵側(cè)定子電流限制器截止，反之亦然。通過檢測負(fù)載的功率因數(shù)，可保證定子電流限制器雙方向（過勵和欠勵）動作的正確性。顯然，定子電流限制器不能影響發(fā)電機(jī)的有功電流分量。如果發(fā)電機(jī)的有功電流分量高于定子電流限制器的限制值，為避免誤動作，限制器會自動將發(fā)電機(jī)無功功率調(diào)整到零。1.3

8、 低勵限制1.3.1 汽輪發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)功率圓圖以隱極發(fā)電機(jī)為例進(jìn)行分析，其簡化等值電路圖為下圖4：GXdXsXfXs圖5 隱極發(fā)電機(jī)簡化等值電路根據(jù)圖4，根據(jù)同步發(fā)電機(jī)電勢向量圖進(jìn)行推導(dǎo)，得出發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限方程： （1）該方程為圓，圓心為（，0），半徑為，在P-Q坐標(biāo)系中表示為：（，0）PQ（，0）（0，）圖7 隱極發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限令P=0，解得Q在-Q軸上的交點(diǎn)為（0，），又令Q=0，解得在+P軸上交點(diǎn)為（0，）由于對于某一機(jī)組而言其同步電抗是固定的，所以影響靜穩(wěn)極限的因素有以下2個：1)系統(tǒng)聯(lián)系電抗xs 的大小。xs越小表示系統(tǒng)容量越大，靜穩(wěn)圓的半徑越大，相應(yīng)同樣有功時允許的進(jìn)相運(yùn)行的深度越大

9、； 2)機(jī)端電壓的大小。靜穩(wěn)圓的半徑和圓心與U2成正比，對靜穩(wěn)極限影響最大，當(dāng)機(jī)端電壓減小時，靜穩(wěn)圓的半徑減小，最大進(jìn)相運(yùn)行深度隨之減小，靜穩(wěn)極限面積減小。 1.3.2 水輪發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)功率圓圖XdXq，根據(jù)推導(dǎo)得出發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限方程： 根據(jù)上式，計(jì)算： =0 時 Ps=0, Qs=-U2/xq； =90時 Ps=, Qs=-U2/xs；=090時，有功、無功值，畫出的曲線如下圖所示：090QP3045607080-U2/xq-U2/xs1.3.3 勵磁調(diào)節(jié)對靜穩(wěn)的影響無勵磁調(diào)節(jié)時，汽輪發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時的功角特性為： （2） Eq發(fā)電機(jī)內(nèi)電勢；Us系統(tǒng)電壓；xd發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的總電抗。圖8 發(fā)電機(jī)

10、功角圖1特點(diǎn)：Eq保持不變，靜穩(wěn)極限：=90（汽輪機(jī)），90,勵磁系統(tǒng)的放大倍數(shù)Kou與勵磁系統(tǒng)的時間常數(shù)Te以及轉(zhuǎn)子功角之間的關(guān)系如下圖所示,Te增加，保證穩(wěn)定運(yùn)行的放大倍數(shù)Kou是增加的，同一時間常數(shù)Te條件下，隨著功角的增加，所允許的Kou是減小的。圖9 勵磁系統(tǒng)Te、Kou及關(guān)系圖1.3.4 勵磁系統(tǒng)低勵限制發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的低勵限制的方程一般可分為直線型、模擬靜穩(wěn)圓型和功角型，分別用下面的式(2)、(3)、(4)表示： (2) (3) (4)式中K 表示限制線的斜率，A、B 0為常量，QO 、RO 表示圓心和半徑，P、Q 為以發(fā)電機(jī)額定視在功率為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值，U 表示機(jī)端線相間電壓標(biāo)幺

11、值。如圖5所示：式(1)、(2)、(3)表示的曲線與P 軸和負(fù)Q 軸各有一個交點(diǎn)，隨機(jī)端電壓的下降曲線作相應(yīng)的偏移（偏移后的曲線用虛線表示），由圖6可知，隨機(jī)端電壓的下降，低勵限制更容易動作，可以有效地防止機(jī)端電壓進(jìn)一步降低。PQ直線型功角型模擬靜穩(wěn)圓型O圖10 機(jī)端電壓變化對低勵限制曲線的影響低勵限制在功率圖中的位置示意如下圖所示：曲線1、2包圍的區(qū)域人工穩(wěn)定區(qū)；曲線3、4包圍的區(qū)域低勵限制區(qū)。圖11 低勵限制曲線示意1.3.5 ABB勵磁系統(tǒng)PQ限制器原理ABB勵磁系統(tǒng)的低勵限制稱為P/Q 限制器，P/Q 限制器本質(zhì)上是一個欠勵限制器，用于防止發(fā)電機(jī)進(jìn)入不穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)。該限制器的限制曲線由對

12、應(yīng)五個有功功率點(diǎn)（P=0%，P=25%，P=50%，P=75%，P=100%）的五個無功功率設(shè)定值確定，五個有功功率點(diǎn)與機(jī)端電壓的標(biāo)幺值U2成正比，發(fā)電機(jī)電壓變化時，限制曲線隨之偏移。圖12 ABB勵磁系統(tǒng)的低勵限制2 定子、轉(zhuǎn)子過熱限制與過負(fù)荷保護(hù)2.1 發(fā)電機(jī)勵磁繞組過負(fù)荷能力發(fā)電機(jī)對勵磁繞組的發(fā)熱有規(guī)定，轉(zhuǎn)子繞組能短時過電壓運(yùn)行，而不產(chǎn)生有害的變形及接頭開焊現(xiàn)象，例如某600MW機(jī)組的轉(zhuǎn)子繞組能承的短時過電流亦可按下式規(guī)定：(I2 -1)t =33.75s （5） 式中：I 轉(zhuǎn)子過電流的標(biāo)么值： t 持續(xù)時間。 發(fā)電機(jī)定子繞組的能承受過電流能力的表達(dá)式與轉(zhuǎn)子短時過電流相似，在勵磁和保護(hù)中

13、的定值設(shè)置也很相似，下面以轉(zhuǎn)子過電流相關(guān)限制和保護(hù)配合整定為例說明。2.2 勵磁調(diào)節(jié)器的過勵限制發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的過勵限制一般按照勵磁電流是否越限進(jìn)行調(diào)節(jié)器輸出控制， 包括：1） 過勵反時限限制；2） 瞬時電流限制兩部分。勵磁反時限限制、頂值電流瞬時限制、勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)主要是保護(hù)發(fā)電機(jī)勵磁繞組,以免過熱.包括。勵磁設(shè)備過電流保護(hù)、快速熔斷器保護(hù)主要是保護(hù)整流設(shè)備,以免短路電流損壞元件。有的勵磁系統(tǒng)還有勵磁變相關(guān)保護(hù)：1）勵磁變反時限過流保護(hù)，對勵磁變本體過熱進(jìn)行保護(hù)，在無勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)時按照勵磁繞組過熱特性整定。2）勵磁變過流速斷保護(hù)，反應(yīng)勵磁變內(nèi)部短路故障，以及對整流橋交流側(cè)或直流側(cè)

14、短路進(jìn)行保護(hù)。2.3 南瑞發(fā)變組保護(hù)的勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)反應(yīng)勵磁繞組的平均發(fā)熱狀況。保護(hù)動作量既可以取勵磁變電流、勵磁機(jī)電流，也可以直接反應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流。對于勵磁機(jī)，電流頻率可以整定為50Hz、100Hz。包括：1）勵磁繞組定時限過負(fù)荷保護(hù)：配置一段跳閘、一段信號。2）勵磁繞組反時限過負(fù)荷保護(hù): 下限啟動, 反時限部分, 上限定時限部分。上限定時限部分設(shè)最小動作時間定值。反時限動作示意圖為：當(dāng)勵磁回路電流超過下限整定值Ilszd時, 反時限保護(hù)起動，開時累積，反時限保護(hù)熱積累值大于熱積累定值保護(hù)發(fā)出跳閘信號。反時限保護(hù)能模擬勵磁繞組過負(fù)荷的熱積累過程及散熱過程。反時限保護(hù)動

15、作方程: 式中Il: 勵磁回路電流, Ijzzd: 勵磁回路反時限基準(zhǔn)電流, KLzd: 勵磁繞組熱容量系數(shù)定值。2.4 過勵限制與勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)配合整定第一節(jié)的600MW發(fā)電機(jī)為例，其額定勵磁電流為4128A,首先整定勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)：1)定時限保護(hù)延時按躲過后備保護(hù)的最大延時以及強(qiáng)勵時間整定：定時限延時10S動作于自動減勵磁,定時限報警為5S。2) 反時限 式中：C為轉(zhuǎn)子繞組過熱常數(shù)，應(yīng)考慮一定的裕度，取33.73*0.9=30.4上限時間:取0.5S作用于程序跳閘。計(jì)算在2倍勵磁電流時的動作時間為：10s。ABB最大勵磁電流設(shè)置： 1）強(qiáng)勵頂值電流限制值Imax=2；2）過熱限制值

16、Itherm取額定勵磁電流；3）轉(zhuǎn)子等效加熱時間常數(shù)Tequiv=27，轉(zhuǎn)子等效冷卻時間常數(shù)Tcooling=13 失磁后機(jī)端測量阻抗的變化發(fā)電機(jī)在不同的工況下，其機(jī)端測量阻抗的規(guī)跡不同。3.1 等有功阻抗圓正常運(yùn)行時，若維持發(fā)電機(jī)的有功不變，無功變化時機(jī)端測量阻抗的軌跡為阻抗復(fù)平面上的一個園。將該園稱之為等有功阻抗園，如下圖上曲線所示。XRjXs發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)聯(lián)系的等值電抗； 發(fā)電機(jī)同步電抗； 發(fā)電機(jī)暫態(tài)電抗。其圓心坐標(biāo)及半徑分別為 在上式中：無窮大系統(tǒng)電壓；P發(fā)電機(jī)維持的有功；系統(tǒng)等值阻抗；可知：發(fā)電機(jī)維持的有功越大，等有功阻抗園的半徑越小，與系統(tǒng)聯(lián)系電抗越大，等有功阻抗園向正方向移動的距離

17、越大。3.2 隱極機(jī)靜穩(wěn)極限阻抗圓在不同工況下，若維持發(fā)電機(jī)功角等于900，則機(jī)端測量阻抗的軌跡為阻抗復(fù)平面上的一個園，如圖所示。將該阻抗園稱之靜穩(wěn)極限阻抗園。XRjXs-jXd可以看出靜穩(wěn)極限阻抗園，通過阻抗復(fù)平面上的及兩點(diǎn)，其園心坐標(biāo)及半徑分別為3.3 凸極機(jī)靜穩(wěn)極限阻抗圓不僅是水輪機(jī)發(fā)電機(jī),大型汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)均存在XdXq的情況, 凸極發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限小于90,其靜穩(wěn)圓方程在P-Q平面上是一條漸近線，所以映射不是標(biāo)準(zhǔn)圓，而是一個滴狀圓，如下圖所示根據(jù)上式，機(jī)端測量阻抗： =0 Z=xq； =90Z=xs；=090時，畫出的曲線如下圖所示：3.4 異步邊界阻抗園發(fā)電機(jī)或同步調(diào)相機(jī)失磁失步后，機(jī)

18、端測量阻抗的軌跡必然進(jìn)入一個園內(nèi)，將該園稱之為異步邊界阻抗園，如下圖中的曲線所示。XR-j-jXd該園通過阻抗復(fù)平面上的及兩點(diǎn)，其園心坐標(biāo)及半徑分別為3.4發(fā)電機(jī)失磁后機(jī)端測量阻抗的軌跡發(fā)電機(jī)失磁后，由于有功功率維持不變而無功功率由送出向吸收變化，故機(jī)端測量阻抗一定沿著等有功阻抗園由第1象限向第4象限變化；發(fā)電機(jī)失步后便進(jìn)入異步阻抗園內(nèi)。另外，由于發(fā)電機(jī)有剩磁或發(fā)電機(jī)部分失磁時，在失磁失步運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)除發(fā)出異步功率之外，尚有正、負(fù)變化的同步功率，從而使機(jī)端的測量阻抗不平斷的變化（忽大，忽?。Ｔ谀承┕r下可能忽而進(jìn)入阻抗園內(nèi)，忽而又跑至園外。XR-j-jXd3.5阻抗型失磁保護(hù)原理目前，在國

19、內(nèi)，普遍采用阻抗型失磁保護(hù)特別由低阻抗元件及轉(zhuǎn)子低電壓元件構(gòu)成的失磁保護(hù)應(yīng)用較多。3.5.1 低阻抗元件低阻抗元件的動作特性，為阻抗復(fù)平面上的一個園。根據(jù)現(xiàn)場要求，該園可以整定成靜穩(wěn)邊界園，異步邊界園或過坐標(biāo)原點(diǎn)的下拋園。曲線1靜穩(wěn)邊界阻抗園；曲線2過坐標(biāo)原點(diǎn)下拋?zhàn)杩箞@；曲線3異步邊界阻抗園；圓內(nèi)為低阻抗元件的動作區(qū)。3.5.2 轉(zhuǎn)子低電壓元件目前，國內(nèi)采用較多的轉(zhuǎn)子低電壓元件的動作特性，其動作判據(jù)是維持發(fā)電機(jī)功角時轉(zhuǎn)子電壓的變化曲線。通常該曲線取與發(fā)電機(jī)有功功率有關(guān)的I段折線式或II段折線式曲線。其動作方程為 Cn計(jì)算：查表：kn=Pt/PnKnCnKnCnKnCn3.30.8475.60.

20、9417.70.9683.60.8696.00.9488.00.9704.00.8916.30.9538.30.9724.30.9046.60.9578.70.9754.70.9196.80.9599.00.9765.00.9277.10.9629.50.9795.30.9357.40.96510.00.9813.6.3 三相低電壓元件失磁故障只是一臺發(fā)電機(jī)的異常工況,但是如果失磁保護(hù)組成方案不完善,有可能擴(kuò)大為局部系統(tǒng)的電壓(或無功) 崩潰。是發(fā)電機(jī)發(fā)生失磁故障可能時高壓母線嚴(yán)重下降將導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞，機(jī)端電壓下降會導(dǎo)致廠用輔機(jī)難以維持運(yùn)行。所以三相低電壓判據(jù)是失磁保護(hù)中一個非常重要的判據(jù)

21、，設(shè)置不正確往往會導(dǎo)致失磁保護(hù)不正確動作。 整定規(guī)程中規(guī)定了系統(tǒng)低電壓的設(shè)置范圍，與輔助判據(jù)與門出口。 實(shí)際上，系統(tǒng)低電壓與系統(tǒng)容量即系統(tǒng)阻抗大小有很大關(guān)系。一般發(fā)電機(jī)組失磁保護(hù)的定值和邏輯多數(shù)在建設(shè)初期整定后就很少校核變更，但隨著系統(tǒng)的容量擴(kuò)大及廠內(nèi)其它機(jī)組相繼投產(chǎn)，三相低電壓定值重新整定和校核非常必要。設(shè)Udz/U=Km, 其與X軸相交的兩點(diǎn)按如下公式計(jì)算：當(dāng)U取主變高壓側(cè)電壓時, ZA=Zt+KmZs/(k+1)ZB=Zt+KmZs/(k-1)當(dāng)U取機(jī)端電壓時：ZA(機(jī)端)=Km(Zt+Zs)/(k+1)ZB(機(jī)端)=Km(Zt+Zs)/(k-1)1-等壓圓(機(jī)端) 2-機(jī)端測量阻抗圓R

22、X123.5.4動作邏輯探討：n 一段：阻抗+勵磁低電壓+有功功率與門，延時0.51.0S，動作于減出力。 n 二段：三相低電壓（系統(tǒng)）+勵磁低電壓，延時0.20.5s，出口：全停；三相低電壓（機(jī)端）+勵磁低電壓，延時0.20.5s，出口：切廠用電；n 三段：阻抗+勵磁低電壓，延時11.5S，動作于全?；虺烫?。 4 低勵限制與失磁保護(hù)的配合整定4.1低阻抗元件靜穩(wěn)阻抗園：異步邊界園：發(fā)電機(jī)失磁后進(jìn)入到異步圓的時間較長，在有功較大時可能不進(jìn)入異步圓，在失步后，由于還有一定的同步功率，測量阻抗異步圓可能進(jìn)入異步圓又返回。下拋園：界于靜穩(wěn)圓與異步圓之間4.2 失磁保護(hù)動作方程映射至P-Q平面的方程設(shè)

23、失磁保護(hù)阻抗圓的圓心為(0，XO)，半徑為RO，圓內(nèi)為動作區(qū)，其方程為： 式中XO 為圓心，RO 為半徑，將R=Ucos/I, X=Usin/I, sin=Q/(UI)，I2=(P2+Q2)/U2，U、I為線電壓和相間電流的標(biāo)幺值，代入上式中化簡得到映射到P-Q平面的映射公式為：靜穩(wěn)圓,動作區(qū)域在圓外： , RO2-XO20 (8)異步圓，動作區(qū)域在圓內(nèi): , RO2-XO20 (9)Xe、Xd分別為以發(fā)電機(jī)基本電抗（Xb=U 2/S）為基值的包括主變電抗在內(nèi)系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值和發(fā)電機(jī)縱軸同步電抗不飽和值標(biāo)幺值，與Q軸相交與（0，U 2/Xe）和（0，-U 2/Xd）兩點(diǎn), 動作區(qū)在圓外。4.3

24、低勵限制與失磁保護(hù)的配合整定4.3.1配合整定原則 低勵限制的作用是當(dāng)勵磁電流下降到限制值時限制勵磁電流下降或增加勵磁電流，使機(jī)組在運(yùn)行時不越過靜穩(wěn)極限。失磁保護(hù)根據(jù)機(jī)端測量阻抗而動作，當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁后從機(jī)端測量阻抗必將從等有功圓越過靜穩(wěn)圓最后進(jìn)入到異步圓，動作方式為減出力、切換廠用電、解列。從低勵限制和失磁保護(hù)的原理和動作行為可得到相互配合原則：發(fā)電機(jī)從失磁到最后失穩(wěn)或失步，機(jī)端測量阻抗和功率都應(yīng)該先進(jìn)入低勵限制區(qū)，然后過渡到失磁保護(hù)圓（靜穩(wěn)圓或異步圓），在R-X平面上低勵限制圓可靠包含失磁保護(hù)阻抗圓，在P-Q平面上失磁保護(hù)阻抗圓處在低勵限制線的下方，且相互之間的裕度充分合理、過渡平穩(wěn)，如下圖

25、所示。 Q（b）P-Q平面PO2O靜穩(wěn)圓異步圓低勵限制線RXO靜穩(wěn)圓異步圓低勵限制圓（a）R-X平面4.3.2配合整定、校核方法及步驟(以隱極發(fā)電機(jī)為例)第一步，計(jì)算發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓計(jì)算以發(fā)電機(jī)容量為基準(zhǔn)的主變和系統(tǒng)阻抗標(biāo)幺值，在P-Q平面上，在0.95Ug，計(jì)算的發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓坐標(biāo)和半徑為：Sc= （10）Sr= （11）對于凸極發(fā)電機(jī)，靜穩(wěn)臨界可以用圓來擬合，其失磁保護(hù)阻抗判據(jù)一般為蘋果圓，如果在P-Q平面整定校核，可以用可靠包圍蘋果圓的圓來擬合，再映射至P-Q平面。第二步，確定低勵限制機(jī)端電壓按0.90Ug考慮，發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓要求越嚴(yán)格，并考慮20%的靜穩(wěn)儲備系數(shù)，靜穩(wěn)圓與P正半軸和Q負(fù)半軸相交

26、的點(diǎn)表示為，以此兩點(diǎn)來確定低勵限制線，低勵限制點(diǎn)或直線應(yīng)保持在這條線的附近。P正半軸：Q負(fù)半軸：-U2/1.2Xd根據(jù)進(jìn)相試驗(yàn)結(jié)論對比校核，如果低勵限制與之沖突，調(diào)整低勵限制；用式（12）計(jì)算在最低廠用電壓為95%Ue時的進(jìn)相深度S，S應(yīng)略低于與低勵限制最低點(diǎn)。 （12）第三步，用式（8）、（9）將失磁保護(hù)阻抗圓映射至P-Q平面第四步，在P-Q平面上，將低勵限制、靜穩(wěn)圓、失磁保護(hù)圓按同一比例作圖，分析配合關(guān)系的正確性。4.4 計(jì)算實(shí)例4.4.1 機(jī)組參數(shù)300MW機(jī)組，參數(shù)如下：發(fā)電機(jī)額度容量Sg： 353MVA；主變額定容量St： 370MVA；發(fā)電機(jī)同步電抗Xd： 184.4%；發(fā)電機(jī)暫態(tài)

27、電抗Xd： 21.25%：變壓器電抗Xt： 14.1%；系統(tǒng)電抗Xs（100MVA,最大方式）： 0.00968；系統(tǒng)電抗Xs（100MVA,最小方式）： 0.04018；機(jī)端電壓Un：20kV；TA變比nTA： 15000/5；TV變比nTV： 20/0.1。4.4.2 參數(shù)有名值計(jì)算Xb=Un2*nTA/(Sg*nTV)=202*3000/(353*200)=17.00(發(fā)電機(jī)基本阻抗)。Xt=Xt*Sg/St=0.143*353/370=0.14 (標(biāo)幺值)Xs（?。?Xs*Sg/100 =0.04018*353/100=0.14 (標(biāo)幺值)Xs（大）=Xs*Sg/100 =0.0096

28、8*353/100=0.034 (標(biāo)幺值)Xd=1.84 (標(biāo)幺值)Xd=0.21 (標(biāo)幺值)4.4.3 校核步驟、內(nèi)容低勵限制整定1） 整定靜穩(wěn)圓在P-Q平面可用式（1）表示 (1)在機(jī)端電壓為0.95時，靜穩(wěn)圓的圓心和半徑為 Sc=1.37Sc=1.86靜穩(wěn)圓由上式可知，機(jī)端電壓越低，發(fā)電機(jī)越易失去靜穩(wěn)，按規(guī)定，機(jī)端或高壓廠用電最大偏差不能大于5%，所以機(jī)端電壓按0.90Ue考慮，發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓要求越嚴(yán)格，并考慮20%的靜穩(wěn)儲備系數(shù)，靜穩(wěn)圓與P正半軸和Q負(fù)半軸相交的點(diǎn)表示為：P正半軸：=0.94Q負(fù)半軸：-U2/1.2Xd=0.902/（1.2*1.84）=0.37，取0.35兩點(diǎn)確定的直線為：K=0.35/0.94=0.37，b=0.35即Q=0.37P-0.35低勵限制的整定的五個點(diǎn)應(yīng)該保持在直線附近或上方，且應(yīng)該保證發(fā)電機(jī)具有一定的進(jìn)相深度，但不能與進(jìn)相試驗(yàn)的結(jié)論沖突，取：P=0.0,Q=-0.30;P=0.25,Q=-0.22;P=0.50,Q=-0.15;P=0.75,Q=-0.07;P=1.00,Q=0.02;2）校核與進(jìn)相試驗(yàn)結(jié)論校核，發(fā)電機(jī)進(jìn)相試驗(yàn)結(jié)論為：-30MVa