励磁限制与发变组保护配合

发变组保护与励磁系统限制及保护的匹配关系 陈生

神华（福州）罗源湾港电有限公司福州 350500 【摘要】发变组保护和励磁调节器是发电厂电气二次系统的两个重要的组成部分，两者之间的正确配合对于发电机组运行的可靠性和稳定性有着重要的作用。然而在工程上发变组保护在进行整定计算时，非常容易忽略与励磁调节器的配合或者配合不当，造成一旦励磁系统出现异常，发变组保护动作作用于停机。为尽量减少发电厂非正常停机事故的发生，必须考虑发变组保护定值与励磁调节器之间的各种配合关系。本文主要从发电机失磁保护与AVR低励保护、限制的配合、发变组过激磁保护与励磁调节器 V/Hz限制之间、发电机转子绕组过负荷保护与AVR励磁过励限制的配合、过电压保护与励磁调节器电压限制匹配四个方面来分析。

【关键词】失磁保护；转子绕组；低励磁；过励磁；保护AVR；低励磁限制 引言

大型发电机变压器组的微机保护针对发电机低励磁、转子绕组过负荷和发电机（主变压器）过励磁等不正常方式，装设了失磁保护、转子绕组过负荷及过激磁等保护。发电机自动电压调节装置（以下简称AVR）通过对调节、限制、切换等方法对励磁系统进行限制和保护，包括低励磁限制和保护、过励磁限制和保护、V / Hz 限制等。动作的先

发电机的励磁限制与保护的配合整定

§1发电机运行功率圆与限制

发电机运行功率圆又称“安全运行极限”或“P、Q图”，下面图1为ABB励磁厂家说明书的发电机功功率图，经常用到的三个限制：

1） 2） 3）

转子发热限制； 定子发热限制； 低励限制。

图1 ABB励磁说明书中的发电机功功率图

实际发电机的运行功率极限图下图所示：

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图2 某600MW汽轮机组功率图

§1.1转子发热限制

§1.1.1同步发电机的相量图

同步发电机的电动势相量图如图3所示

Eq jIxq δ φ I U

图3 同步发电机的电动势相量图

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对△oab的每条边分别乘以U／Xq，得功率三角形△OAB，并以O点为原点，引入直角坐标系，如图3所示。从图上可看出有以下关系成立：

P EqU/xq UI δ φ I U2/xq O A B

Q

图4 功率三角形

1) φ— OA与纵轴的夹角即为功率因数角； 2）δ— 发电机功角；

3) 直角坐标系的第一象限是发电机的迟相(过励)运行区，第二象限是发电机的进相(欠励)运行区。

4) 发电机机端电压U保持不变，Xd为发电机同步电抗为常数， BA的长度正比于发电机电势，也正比于励磁电流I

、差动保护

发电机定子绕组相间短路是一种严重的故障，为防止其危害，要装设纵联差动保护。我公司300MW发变组采用双重差动保护，即发电机与变压器除本身差动保护以外，尚配有发变组大差动保护，以构成快速保护互为后备。

发电机差动保护电流量取自于发电机中性点侧CT2和发电机出口侧CT8，它的保护范围为发电机定子绕组和出口连接线，即为两个CT之间的电气一次设备。发电机差动保护的动作后果为发变组全停。

主变差动保护电流量取自于主变高压侧CT15和主变低压侧CT7以及1A高压厂变高压侧CT3A和1B高压厂变高压侧CT3B，它的保护范围为主变高低侧绕组和各连接线，即为四个CT之间的电气一次设备。主变差动保护的动作后果为发变组全停。

发变组大差动保护电流量取自于发电机中性点侧CT1和主变高压侧CT16以及1A高压厂变高压侧CT4A和1B高压厂变高压侧CT4B，它的保护范围为发电机定子绕组和主变高低侧绕组和各连接线，即为四个CT之间的电气一次设备。发变组大差动保护的动作后果为发变组全停。

二、发电机定子匝间短路保护

大型发电机由于额定电流大，定子绕组每相都由两个或以上的并联支路组成。同一支路或同相不同支路绕组之间的短路称为匝间短路。发电机在正常运行中，定子绕组由

一、发电机保护 发电机保护配置：

针对故障：定子绕组相间短路、定子绕组匝间短路、定子绕组单相接地、转子绕组一点接地、转子绕组两点接地、励磁电流消失； 针对不正常运行状态：由于外部短路引起的定子绕组过电流、由于符合超过发电机额定容量引起的发电机对称过负荷、由于外部不对称短路和不对称符合引起的发电机负序过电流、由于突然甩负荷引起的定子绕组过电压、由于强励时间长引起的转子过负荷、逆功率、误上电。 1. 纵差保护：

针对定子绕组相间及其引出线的相间短路，应装设纵差保护。 比率制动式纵差保护原理：

当正常运行和发生保护区外故障时，流入差动继电器的差动电流为零，继电器不动作；当发生发电机内部故障时，流入差动继电器的差动电流将会出现较大的数值，当差动电流超过整定值时，继电器动作。为防止纵差保护在外部短路时误动，继电器动作电流应躲过最大不平衡电流，这样的话，纵差保护的动作电流整定值很大，降低了保护的灵敏度，甚至在发生内部相间短路时拒动。为了解决这个问题，采用比率制动式纵差保护，使动作电流随着外部的短路电流增大而自动增大。 发电机纵差保护动作逻辑：

当两相或两相以上差动继电器动作时，可判断发电机内部发生短路故障，而仅有一相差动继电器动作时，则判断为TA断线。为

一、 发变组保护功能

发电机变压器保护：是从发变组单元系统中获取信息，并进行处理，能满足系统稳定和设备安全的需要，对发变组系统的故障和异常作出快速、灵敏、可靠、有选择地正确反应的自动化装置。

发电机变压器保护对象：发电机定子、转子、机端母线、主变、厂变、励磁变、高压短引线、断路器，并作为高压母线及引出线的后备保护等。

发电机变压器保护应能保护的故障和异常类型： 1) 定子绕组相间、匝间和接地短路 2) 定子绕组过电压 3) 定子绕组过负荷 4) 定子铁芯过励磁 5) 转子表面过负荷 6) 励磁绕组过负荷 7) 励磁回路接地

8) 励磁回路失压（发电机失励磁） 9) 发电机逆功率 10) 发电机频率异常

11) 主变、厂变、励磁变各侧绕组的相间、匝间和接地短路 12) 主变、厂变、励磁变过负荷 13) 主变铁芯过励磁

14) 各引出线的相间和接地短路 15) 发变组系统失步

16) 断路器闪络、误上电、非全相和失灵 17) 发变组起停机短路故障 18) 发变组系统低电压 19) 其他故障和异常运行

发电机变压器保护可能的配置要求。 1) 发电机定子短路主保护

发电机纵差动保护 发变组差动保护 发电机不完全纵差动保护 发电机裂相横差保护 发电机高灵

第三节大型发电机变压器继电保护(国外进口保护)整定计算(二) 目录

一. 发电机差动保护

二, 发电机定子绕组匝间短路保护

三，发电机定子绕组单相接地保护

四, 电压制动式过电流保护

五, 发电机定子绕组反时限过负荷保护

六, 发电机转子表层负序电流反时限保护

七, 发电机失磁保护

八, 发电机失步保护

九, 发电机励磁过电流保护

十, 发电机过励磁保护

十一, 发电机过电压保护

十二, 发电机频率异常保护

十三, 发电机误上电保护

十四, 发变组及主变压器纵差动保护

十五, 主变压器过励磁保护

十六, 主变压器高压侧断路器闪络保护

十七, 主变压器高压侧断路器非全相运行保护

整定计算的准备工作和应熟知的知识点

1. 短路电流计算和各种故障分析

2. 电气主设备的各种电气特性,如发电机的瞬时耐负序电流（转子表层负序过负荷）的能力,过负荷能力(发电机定子允许的短暂过载能力),过励磁能力等等.

3. 一次主系统接线图及运行方式,不同的一次主系统接线,和不同的运行方式, 往往有不同的整定计算,如双母线和一个半断路器的不同接线所考虑的问题是完全不同的.

4. CT,PT的各种电气特性,

5. 不同生产厂家生产的保护装置,其工作原理,动作判据(动作方程),动作特性,可能千差万别,这就决定了不同的整

发电部培训专题（发电机的励磁系统）

（因为目前我公司的励磁系统的资料还没有到，该培训资料还是不全

面的，其间还有许多不足之处希望大家批评指正）

我厂励磁系统采用的是机端自并励静止励磁系统，全套引入ABB公司型号为UNITROL5000励磁系统。

发电机励磁系统能够满足不超过额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行。励磁系统具有短时间过负荷能力，励磁强励倍数为2倍，允许强励时间为20秒，励磁系统强励动作值为0.8倍的机端电压值。

我厂励磁系统可控硅整流器设置有备用容量，功率整流装置并联支路为5路。当一路退出运行后还可以满足强励及额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况；当两路退出运行时还可以满足额定励磁电压和额定励磁电流1.1倍情况下的连续运行工况，但闭锁强励功能。5路整流装置均设有均流装置，均流系数不低于95%。整流柜冷却风机有100%的额定容量，其通风装置有两路电源供电并可以自动进行切换。任意一台整流柜或风机有故障时，都会发生报警。每一路整流装置都设有快速熔断器保护。

我厂励磁系统主要包括：励磁变、励磁调节器、可控硅整流器、起励和灭磁单元几个部分。如图所示：

我厂励磁变采用三相油浸式变压器，其容量为7500KVA，变比

发变组RCS-985A保护整定计算方案

一、发变组保护配置 (一)发电机保护 1.发电机差动保护

2.发电机匝间保护---纵向零序电压保护 3.发电机定子绕组接地保护

发电机基波零序电压型定子接地保护

发电机三次谐波电压型定子接地保护 4.发电机转子接地保护

发电机转子一点接地保护 发电机转子二点接地保护 5. 发电机定子过负荷保护 定时限、反时限 6.发电机负序过负荷保护 定时限、反时限 7. 发电机失磁保护 8.发电机失步保护 9. 发电机定子过电压保护 10. 发电机过激磁保护 定时限、反时限 11. 发电机功率保护

发电机逆功率保护 发电机程序逆功率保护 12. 发电机频率保护 低频率保护

电超速保护 13.发电机起停机保护 14.发电机误上电保护 15.发电机励磁绕组过负荷保护

定时限、反时限 （二）主变压器保护 1.主变差动保护 2.主变瓦斯保护

1

3.主变零序电流保护

4.主变间隙零序电流、零序电压保护 5.阻抗保护

6.主变通风启动保护

7.主变断路器失灵保护（C柜） （三）高厂变保护整定 1.高厂变比率制动式纵差保护 2.高厂变瓦斯保护 3.高厂变复合电压过流保护 4.高厂变通风启动保护

发变组短路试验浅析

摘要：1、2号机在经过A级检修后,通过发变组系统短路试验，可以对发变组保护的电流二次回路进行全面检查，检验CT变比、极性的正确性，确保发变组保护装置电流回路接线正确，确保机组整组启动一次成功。

关键词：A级检修,二次回路,短路试验

Analysis of short circuit test of generator transformer group

Abstract：1, No. 2 machine after major overhaul, the generator transformer short

circuit test system, the current two circuit of generator transformer unit protection to conduct a comprehensive inspection, check the correctness of CT ratio and polarity, to ensure that the generator transformer unit protection current loop wiring is correc

发变组短路试验浅析

摘要：1、2号机在经过A级检修后,通过发变组系统短路试验，可以对发变组保护的电流二次回路进行全面检查，检验CT变比、极性的正确性，确保发变组保护装置电流回路接线正确，确保机组整组启动一次成功。

关键词：A级检修,二次回路,短路试验

Analysis of short circuit test of generator transformer group

Abstract：1, No. 2 machine after major overhaul, the generator transformer short

circuit test system, the current two circuit of generator transformer unit protection to conduct a comprehensive inspection, check the correctness of CT ratio and polarity, to ensure that the generator transformer unit protection current loop wiring is correc