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發(fā)電機勵磁系統(tǒng)低勵限制試驗及防事故措施

文檔作者：馮虎賁劉宇羅翠娥文檔來源： 1．大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司 2．湖南省電力公司試驗研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年08月13日
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研究與試驗 湖南 電力 第29卷／2o09年第l期
發(fā)電機勵磁系統(tǒng)低勵限制試驗及防事故措施
馮虎賁 ，劉宇 ，羅翠娥
(1．大唐華銀金竹山火力發(fā)電分公司，湖南冷水江417505；
2．湖南省電力公司試驗研究院，湖南長沙4lO007)
摘要：低勵限制是勵磁系統(tǒng)最重要的限制保護功能之一。文中詳細論述了勵磁系統(tǒng)低
勵限制的軟硬件原理，提出了在試驗現(xiàn)場中為防止發(fā)電機電壓急劇升高而采取的可行的
技術措施。
關鍵詞：試驗；勵磁系統(tǒng)；低勵限制；TA極性
中圖分類號：TM31 文獻標識碼：B 文章編號：1o08-()l98(2OO9)O1伽24_()3
，
L0w exciting lilIlit test f0r excitati0n system 0f generatOr
and c0unterm easure
FENG Hu-ben ，UU Yu ，LU Cui．er
(DaTang Hua)，in Jjn ushaJ1 P0wer P】ant，kngsh iang 4175o5，China；2．Hunan Electric Power Test&amp;amp;Re—
sear口h Institute，Changsha 410007，China)
Abs d： w exc．Iing limit is a most importarIt limit pmlection f0r excitadon system．The pdnciple 0f excitati0n systern hard·
and s tware w鵲introduced in this anide aIld feasib1e technical measures t0 preVent genemtor v0l切瞎e incre聃ing drastica1—
1y were presented．
Key wOrds：test；excitation system；1ow exciting limit；CT p01 ty
1 概述
發(fā)電機勵磁系統(tǒng)在電力系統(tǒng)運行中起著重要的
作用，對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的規(guī)范主要體現(xiàn)在勵磁系
統(tǒng)的國家標準和行業(yè)標準里。同時，如整流器、勵
磁變壓器等勵磁系統(tǒng)主要部件還有各自的標準。在
發(fā)電廠建設的交接試驗階段和發(fā)電廠生產的預防性
試驗階段，也有各自的標準，這些標準指導著勵磁
系統(tǒng)試驗工作。與國際接軌后，指導勵磁系統(tǒng)試驗
工作的還有IEc標準和美國標準ANsI、電氣和電
子工程師協(xié)會標準IEEE等。
勵磁系統(tǒng)試驗是為設計、制造、安裝、交接和
檢修等提供總體的全面的驗證和檢驗，確保發(fā)電機
勵磁系統(tǒng)發(fā)揮應有的作用。勵磁系統(tǒng)標準一般將試
驗分為型式試驗、出廠試驗、交接試驗和大修試驗
幾個階段。交接試驗是在發(fā)電廠現(xiàn)場進行的試驗項
目，對安裝后的發(fā)電機勵磁系統(tǒng)總體功能、性能、
收稿日期： 2oo8旬8．14
指標進行檢查，整定符合現(xiàn)場要求的參數(shù)，確認勵
磁系統(tǒng)模型參數(shù)，為發(fā)電廠接收該設備提供依據(jù)。
2 低勵試驗目的和內容
低勵試驗的目的是檢查低勵限制功能，檢查調
整有關設定值。DL／ 5O一1998《大型汽輪發(fā)電機
自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術條件》指出，低勵限制
動作曲線是按發(fā)電機的不同有功功率靜穩(wěn)定極限及
發(fā)電機端部發(fā)熱條件確定的。由系統(tǒng)靜穩(wěn)定條件確
定進相曲線時，應根據(jù)系統(tǒng)最小運行方式下的系統(tǒng)
等值阻抗，不考慮其它發(fā)電機組自動電壓調節(jié)器作
用時的靜穩(wěn)定極限值留10％左右儲備系數(shù)確定該
勵磁系統(tǒng)的低勵限制動作曲線。但雙水內冷發(fā)電機
應通過試驗或取得制造廠同意。
一般來說，在基建現(xiàn)場進行整定時，可以按照
以下公式進行整定：當P=Is 時，允許按Q=
一O．05Q 及P=O時，Q=一O．3 Q 來確定低勵限
第29卷／2o09年第1期 湖南電力 研究與試驗
制動作曲線 】，其中s ，Q 分別為額定視在功率
和額定無功功率。
低勵限制的動作曲線應注意與失磁保護相配
合。特別需要注意的是，文獻[1]，[2]對低勵保
護的設計規(guī)定，在勵磁電流過小或失磁時，低勵限
制應該首先動作；如運行通道未起限制作用，應切
換到備用通道；如切換到備用通道仍未起到限制作
用，應由失磁保護判斷后動作停機。
文獻[1]，[2]對低勵限制提出延時要求，“為
了防止電力系統(tǒng)暫態(tài)過程中低勵限制的動作影響正
確的調節(jié)，低勵限制應有一定的延時”【10】。延時
時間可以考慮為0．1～0．3 s。
圖1為某廠2號機組勵磁系統(tǒng)低勵磁限制曲
線。
Mvar／ ＼
(667，0)／
／
口(0．一loo)
圖1 低勵限曲線示意圖
設置試驗定值：P=0 Mw，p=一1O0 MVar；
P：166．7 MW，9=一75 MVar；P=333．5 Mw，Q
= 一5O MVar；尸=5OO．3 MW，Q=一25 MVar；P
= 667 MW，口=0 MVar。試驗時JD=lO0 Mw，p=
4．0 MVar，則低勵限制理論動作值為一85 MVar。
手動降低勵磁電流，使發(fā)動機逐步進相，保持
有功不變，在圖1中c點， 即在P=1o0 Mw，p=
一85．1 MVar時，低勵限制動作，動作正確。
3 低勵限制實現(xiàn)的外部硬件條件
自動勵磁調節(jié)器(以下簡稱AVR)能夠進行
低勵限制、伏赫限制等限制保護功能的外部條件是
勵磁系統(tǒng)引人了發(fā)電機電壓、發(fā)電機電流、轉子電
壓、轉子電流等外部模擬量。調節(jié)器根據(jù)這些模擬
量來自動對勵磁裝置的運行狀態(tài)進行調整。
舉例來說，AVR可以根據(jù)從發(fā)電機TV采集到
的反映發(fā)電機機端電壓的TV二次電壓值和從發(fā)電
機TA采集到的反映發(fā)電機定子電流的TA二次電
流值來計算得出發(fā)電機瞬時有功功率P和無功功
率Q，并把此時的P，0值和AVR內已經設定的
低勵限制定值進行比較。如果瞬間的P，Q值坐標
在圖I中限制線的上方，那么AVR將不對勵磁系
統(tǒng)的工作狀態(tài)進行干預；如果瞬間的P，Q值坐標
在圖l中限制線的下方，那么AVR將立即改變控
制脈沖的觸發(fā)角度，也就是說，在瞬間提高勵磁電
流，從而提高發(fā)電機電勢，把此時的發(fā)電機無功功
率抬高，使P，口點坐標重新落在圖中限制線的上
方。 ，
4 發(fā)電機初次并網防事故措施
由上文的論述可以看出，AVR是依據(jù)從外部
的發(fā)電機TV，TA來計算外部功率，那么在現(xiàn)場極
易出現(xiàn)的TA極性接反將直接導致AVR對功率方
向出現(xiàn)錯誤的判斷從而導致出現(xiàn)錯誤的調節(jié)。這樣
的情況在湖南省曾經出現(xiàn)過。
勵磁系統(tǒng)現(xiàn)場試驗可分為靜態(tài)試驗和動態(tài)試
驗。一般而言，動態(tài)試驗又可以分為空載試驗和帶
負荷試驗，同時為了配合電機專業(yè)的部分發(fā)電機試
驗，勵磁系統(tǒng)還要配合進行發(fā)電機短路試驗和空載
升壓試驗。一般來說，在發(fā)電機短路試驗時，由于
機端不存在發(fā)電機電壓，故無論發(fā)電機TA極性是
否接反，在AVR的采樣及顯示中，都不會反映出
發(fā)電機的功率情況，從而也無法判斷出發(fā)電機電流
極性是否接反；在發(fā)電機、主變或高廠變試驗完畢
后的發(fā)電機空載升壓試驗時，由于發(fā)電機沒有實際
并網帶負荷，所以亦不能反映出發(fā)電機機端電流的
極性情況。
如果在現(xiàn)場的設備出現(xiàn)了TA極性接反的情
況，那么在空載升壓試驗完畢后的實際并網試驗
中，發(fā)電機將會出現(xiàn)嚴重的故障甚至出現(xiàn)設備損毀
事故。具體分析如下：
發(fā)電機由空載進入并網狀態(tài)這個過程由同期裝
置來進行控制。一般來說，當系統(tǒng)側電壓的幅值和
相位與發(fā)電機電壓的幅值和相位在一定的誤差范圍
內就可以實現(xiàn)并網。也就是說，在并網的瞬間，發(fā)
電機電壓和系統(tǒng)電壓是不完全相同的。如果并網瞬
間系統(tǒng)電壓高于發(fā)電機電壓，那么瞬間發(fā)電機就會
． 25 ．
研究與試驗 湖南電力 第29卷／2009年第1期
進相運行，反之則發(fā)電機會出相運行。假設發(fā)電機
電壓高于系統(tǒng)電壓，那么在并網瞬間，從發(fā)電機與
系統(tǒng)的一次側來看，發(fā)電機是向系統(tǒng)發(fā)出正向的有
功和無功的。如果此時發(fā)電機TA二次側極性接
反，顯然發(fā)電機將會判斷出反向無功功率。雖然此
時從一次的角度來看，發(fā)電機進相深度不會很深，
但是現(xiàn)場調試人員在發(fā)電機未做進相試驗前，出于
保護發(fā)電機的目的，一般把低勵限制線也定義得比
較淺。此時矛盾就開始表現(xiàn)出來了，因發(fā)電機實際
上向系統(tǒng)輸送無功，而由于發(fā)電機電流回路的極性
問題AVR會作出錯誤判斷，認為發(fā)電機已處于進
相狀態(tài)，因而這個錯誤的無功功率數(shù)值很有可能越
過低勵限制線而引起低勵限制動作。而低勵限制動
作的結果是抬高勵磁電流，進而進一步抬高發(fā)電機
電壓，也就是說，從一次的角度來看，進一步增大
了向系統(tǒng)輸送的正向無功功率。但由于發(fā)電機電流
回路的極性錯誤繼續(xù)存在，那么此時AVR不會認
為發(fā)電機已經由于低勵限制動作而改變了低勵越限
狀態(tài)，反而會認為發(fā)電機進相進一步加深，從而再
次引發(fā)低勵限制動作。
多次動作的結果是，在從并網的瞬間向后一個
很短的延時內，發(fā)電機轉子電流、定子電流急劇增
高，從而引起發(fā)電機定子電壓急劇上升，直至達到
發(fā)電機過壓保護定值，保護動作跳開主開關、滅磁
開關以及汽輪機。最嚴重的情況是，如果此時保護
裝置投退不正確，發(fā)電機過壓保護不能正確工作的
話，將直接導致發(fā)電機定子的燒毀。
由于充分認識到了這種潛在危險存在的可能性
以及嚴重性，所以在金竹山電廠l，2號機現(xiàn)場試
驗中都采取了正確的預防措施來避免這種危險，即
在發(fā)電機短路試驗和空載試驗完成后， 立即在
AVR中取消低勵限制功能。在發(fā)電機順利并網后，
觀察發(fā)電機的無功方向，并把在AVR中觀察到的
無功方向及數(shù)值與Ecs，Ncs或機組功率測量屏上
的相關數(shù)據(jù)進行比較。如果功率方向一致，那么可
以馬上恢復低勵限制功能，發(fā)電機繼續(xù)運行，如果
發(fā)現(xiàn)無功方向反向，并確認是發(fā)電機電流回路極性
錯誤所致，那么就應立即停機進行處理，在確認故
障消除后再開機試驗。
· 26 ·
5 其它判別方法及注意的問題
如前所述，在金竹山電廠采用了在發(fā)電機并網
前取消低勵限制功能并把并網后的無功功率大小和
方向與其它測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行比較的方法。其
實，在進行發(fā)電機主變高壓側的短路試驗時，就已
經能判斷此時的功率方向了。因為短路點在主變高
壓側，那么機端一般來說存在幾千伏電壓，也就是
說，在AVR中，是可能測量出功率的。通常可以
通過用有功功率讀數(shù)的辦法來進行判斷。如果此時
有功功率為正 那么電流回路極性正確；如果為
負，那么電流回路極性肯定錯誤。從而在完成短路
試驗后，可以立即進行故障處理，而不必在并網后
再跳開發(fā)電機進行故障處理。
需要注意的是，不管是采用何種方法，在并網
前，都需要暫時取消低勵限制功能，2種方法的區(qū)
別只是采用后一種方法可以做到更加安全，避免不
必要的停機消缺。并且同時還要注意的是，任何機
組，都有可能在運行中由于AVR運行通道故障或
Tv斷線而產生通道切換的現(xiàn)象，也就是說，在并
網前需要對所有的通道進行處理，將所有通道暫時
取消低勵限制功能，以確保發(fā)電機的絕對安全和整
套試驗的順利進行。文中所介紹的經驗不只在新機
組現(xiàn)場調試的時候適用，如果已運行的設備發(fā)生過
發(fā)電機TV更換、二次回路檢修消缺或者勵磁系統(tǒng)
更換的情況下同樣適用。
參考文獻
[1]DL／T 65O一1998，大型汽輪發(fā)電機自并勵靜止勵磁系統(tǒng)技術
條件[S]．北京：中國電力出版社．
[2]DL／T 843—2003，大型汽輪發(fā)電機交流勵磁機勵磁系統(tǒng)技術
條件(S]．北京：中國電力出版社．
作者簡介：
馮虎賁，男，36歲，大學?？疲瑵h族，助理工程師，長期從事自
動裝置和繼電保護工作。
劉宇，男，49歲，大學?？?，漢族，工程師，長期從事自動裝
置和繼電保護工作。
羅翠娥，女，29歲，大學本科，漢族，助理工程師，從事自動裝
置和繼電保護工作。

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