励磁系统U/f限制与发电机过励磁保护整定的配合

吴振

(江西赣能股份有限公司抱子石水电厂江西省九江市332400)

摘要：本文以我厂的EXC9100励磁系统和PCS985-RS保护系统为例，介绍发电机过励磁保护定值的确定以及与励磁系统U/f限制的配合，并计算励磁保护动作值和动作时间。

关键词:过励磁保护；U/f限制；配合

1引言

在电力行业，发电系统运行中的安全和稳定一直是从业人员一直关注和研究的重点，在大型的发电机组中普遍采用了励磁系统，其过励限制功能和发电机过励磁保护功能的参数计算和整定并不复杂，但是想确定最佳的整定值则需要综合考虑电气设备的性能、参数配合，还要结合以往的事故经验及数据。我厂目前使用的励磁系统为广科所研发的EXC9100型励磁系统，并配以南瑞继保公司声场的PCS985-RS型发电机过励磁保护系统，以提高整个系统的安全性和稳定性。

2EXC9100型励磁系统简介

广科所研发的EXC9100型全数字式静态励磁系统是基于上一代EXC9000产品的功能进行优化的新一代产品，由励磁调节器单元、功率整流单元、灭磁及过压保护单元、起励单元等组成。其中调节器有A、B两个通道，可以实现自动或手动方式的AVR调节，此外还有功率因数附加调节、无功调差、通道跟踪等功能；整流单元由两个三相全控桥组成，利用高脉冲列技术将调节器发出的脉冲信号调制转化为高频脉冲列信号。

3过励磁保护原理

发电机励磁系统U/f限制和过励磁保护目的是当系统发生励磁故障时，防止发电机因过热而导致绝缘老化等问题，降低发电机的使用寿命。因为发电机是由铁芯绕组构成，其磁通密度B与绕组外加电压U等参数的关系如公式3.1所示[1]：

其中f为电压频率，N为匝数，S为铁芯截面积。由于匝数N和铁芯面积S为固定值，所以磁通密度B可以用公式3.2表示：

其中，，对固定的发电机，K值是固定的，所以磁通密度B与外加电压成U正比，与电压频率f成反比，如果电压U过高或者电压频率f过低，使磁通密度B超过额定磁通密度，导致铁芯饱和而励磁电流增大，就容易造成励磁现象，甚至会导致过励磁故障。其过励磁倍数n可以用公式3.3表示：

其中为额定电压，为额定频率。发电机在固定的过励磁倍数n下的持续时间的计算应根据额定磁通密度、饱和磁通密度以及磁化曲线的形状确定，所以过励磁保护动作特性应于发电机励磁系统的过励磁倍数曲线相配合。

4励磁U/f限制与过励磁保护整定的配合探讨

4.1发电机过励磁曲线配合

发电机和变压器的过励磁倍数曲线跟生产厂家的制作材料和制作工艺有关系，在采购设备的同时厂家提供设备的过励磁倍数曲线，电厂在使用时将发电机与变压器以单元接线的方式连接，其曲线应进行比较，选择位于坐标图靠下位置的曲线作为整定的曲线依据。但是在实际情况中，由于过励磁损耗试验属于破坏性试验，生产厂家通常不会对每台发电机都提供非常符合过励磁能力的曲线，本厂所用发电机的生产厂家提供的发电机过励磁倍数-时间曲线图4.1所示[2]。

4.2变压器过励磁能力配合

我厂使用的变压器厂家没有提供过励磁倍数曲线，只是提供了额定频率下的持续时间，而且主变压器的额定电压与发电机的额定电压相同，按照国家对变压器的相关规定，在额定电压范围内，若电压与频率的比值大于5%的过励磁，变压器应能连续运行无损坏，经验证我厂的变压器符合要求。而且由厂家提供的额定频率下的过励磁能力可以看出，变压器允许过励磁能力要高于发电机允许的过励磁能力，所以二者的过励磁保护动作的定值依据应以发电机允许的过励磁特性曲线进行配合。

4.3励磁系统U/f限制曲线配合

国家对发电机的相关规定中要求进行发电机过励磁保护的整定计算时，其定值应与励磁系统的U/f曲线配合（我厂所用励磁系统的U/f曲线如图4.2所示），且在过励磁倍数-时间曲线（n-t曲线）的平面坐标图上，整定的过励磁反时限曲线应介于发电机允许的过励磁特性曲线和励磁系统的过励限制曲线之上。

图4.1我厂所用发电机的过励磁倍数-时间曲线图4.2我厂励磁系统的U/f曲线

4.4综合考虑定值方案

过励磁保护动作的启动需要有两路信号开启，并留有一定时间的延时，第一路信号的定值较小，不至于引起发电机严重的故障，此时可以提醒值班人员或者自动控制装置进行调整，避免对发电机造成损害；当系统磁场电流超过较大的定时限定值时，而且时间也达到了过励磁特性曲线所允许的运行时间后，则启动过励磁保护动作，使发电机组跳闸停机。

5结语

根据厂家提供的设备过励磁能力数据，以及发电机过励磁倍数-时间曲线、励磁系统的U/f曲线等数据，结合国家对发电机过励磁保护整定的相关规定，发电机过励磁保护的反时限定值需低于发电机过励特性曲线10%～15%左右，得出最后的定值方案：对于定时限的经验值通常选取为过励磁倍数的1.1倍，延迟时间为5～8秒。所以发电机过励磁保护定值应高于励磁U/f限值的定值，低于定时限的经验值和额定值，而励磁U/f的限值为过励磁倍数的1.05倍，所以定值应选为过励磁倍数的1.05倍～1.1倍之间，我厂为了了防止励磁U/f限制失效时存在动作死区，特将最后的定值设置为过励磁倍数的1.06倍，延迟时间90s后动作。

参考文献：

[1]范宇豪.大型发电机组过励磁保护整定计算[J].华电技术,2011,33(11):15-16

[2]马建胜,赵新定.发变组保护与励磁系统限制及保护功能配合[J].智能电网,2014(4):54-56