山东邹县1000MW

1邹县发电厂1000MW机组励磁系统介绍摘要：本文介绍了我厂的1000MW机组励磁系统的构成、工作原理及各项限制保护功能关键词：四期励磁系统介绍我厂四期1000MW机组励磁系统采用机端自并励励磁方式，励磁调节器为瑞士ABB公司生产的UNITROL5000微机型励磁调节器。一：发电机励磁系统组成及参数1.1发电机为东方电机厂(日立公司)生产的三相同步汽轮发电机，发电机的主要参数如下：型号TFLQQ-KD极数2额定容量SN1120MW定子线圈接法YY额定功率1000MW定子绕组绝缘等级F级额定功率因数cosφN0.9（滞后）定子铁芯绝缘等级F级最大连续输出容量1100MW（与汽机VWO匹配下）转子绕组绝缘等级F级额定电压27000V冷却型式水氢氢额定电流23949A额定励磁电压501V额定转速3000r/min额定励磁电流5272A频率50Hz空载励磁电压166V相数3空载励磁电流1822A1.2发电机采用机端自并励静态励磁系统，由发电机机端通过励磁变压器取得励磁电源，送至可控硅整流器。励磁系统由以下设备组成：(1)三台单相干式变压器，由德国ABB公司生产，设备主要参数为：型号RESIBLOC冷却方式AN/AF容量3×2700kVA阻抗电压11％额定电压27/0.961kV绝缘等级LV/HVF额定电流173.2/4866A温升80K频率50Hz(2)ABB公司生产的UNITROL5000型自动电压调节器(AVR)柜一套。双自动通道,两个通道完全相同,每个通道都有自动和手动控制方式。(3)可控硅整流器由四个整流桥组成。型号为UNL14300。每台整流桥的额定电流IEN=3500ADC，整流桥采用双风机冗余冷却方式。整流桥控制角范围为15°～150°。整流桥最高温度设定为70°C，当温度高于60°C报警。温度高于70°C时整流桥退出运行。当两个整流桥故障时，闭锁强励;三个整流桥故障时，整流系统故障，发信号给发变组保护屏，机组全停。2(4)灭磁开关采用HPB60M110D31800E82S5000A2000V型高速直流断路器。灭磁开关在直流侧。整个励磁系统图如图1：3图1邹县发电厂四期工程励磁系统图4二、调节器的主要监测保护功能简介（1）具有反时限特性的最大磁场电流限制器最大磁场电流限制器用于防止转子回路过热。它主要有两个不同的设定值，一个是强励顶值电流限制值，另一个是连续运行允许的过热限制值。过热限制附加两个控制参数分别代表转子过热和冷却的等效时间。从以上内容可以列出下述基本的设定值：①强励顶值电流限制值Imax1/2②过热限制值Itherm1/2③转子的等效过热时间常数Tequiv④转子的等效冷却时间常数Tcooling有了这些设定值，最大磁场电流限制器就能够计算励磁绕组最大允许的热能ΔEmax。该限制器的参数设定值和功能框图如图2所示。图2最大和最小磁场电流限制器最小励磁电流限制主要用于水轮发电机组深度进相，故在此汽轮发电机组退出最小励磁电流限制。5工作原理：在同步发电机正常运行过程中（无限制器在起作用），最大磁场电流限制器的有效的控制点是强励顶值电流限制值Imax。这说明AVR无论何时需要时都能达到强励顶值电流。现在假定，出现了某一个系统故障，为了消除故障需要强励，只要励磁电流的实际值超出过热限制值，那么调节器就会起动一个过剩电力积分器，它将该电流偏差值Δi2（其中Δi=Ifield-Itherm）积分，这个积分的结果与励磁绕组的热能成正比。如果励磁电流高于过热限制值一定时间，那么积分器的输出值∫Δi2dt=ΔE将会增加。积分器的输出值一超过ΔEmax，最大磁场电流限制器的限制值将被从Imax减小到Itherm。通过一个过热探测器可以探测到这种条件。如果励磁电流降到它的正常值（在Itherm值以下），那么积分器的输出将开始随着冷却时间常数Tcooling降低。如果系统中出现了另一个故障，强励电流在冷却时间结束之前再次高于Itherm，那么在这个强励电流下所允许的时间显然比第一个故障中的时间短，因为将会较早地达到ΔEmax值。如果冷却时间已经结束（重新设定）了，那么限制器将仅允许励磁场电流在强励允许时间段中保持在顶值水平。过热限制值Itherm可受到外部信号的影响，如代表发电机冷却空气温度的信号。该信号被附加到过热限制值Itherm上。最大磁场电流限制器在两种不同情况下的限制特性如图3所示。图3：最大磁场电流限制器的限制特6情况一：IfPROSPECTIVEIfmax情况二：IfPROSPECTIVEIftherm由下述表达式给出热限制器的激活时间：t=(Imax1/2－0.9)2/(If－0.9)2×Tequiv过励限制的整定①过励限制：我厂四期工程励磁系统参数：强励顶值电流倍数2.0允许强励时间20s。②定值取110%Ien，180%Ien最大值延时10秒。限制器动作时间1s，拉回到限制线110%Ien。③保护动作方程：SELIEMAXTIMEIETHREFxupIEIETHREFxupIEMAXREFxt__)_9.0.()_9.0._(22名称参数备注1301REF1IETH110%Ifn最大连续励磁电流11302REF2IETH100%Ifn最大连续励磁电流2(未使用)1303REF1IEMAX180%Ifn顶值励磁电流11304REF2IEMAX100%Ifn顶值励磁电流2(未使用)1305TIMEIEMAXSEL10.0s强励时间1306TCIEREDMAX-TH1.00s励磁电流从顶值到最大连续运行值的时间常数4．过励保护：超过限制线10%，延时2秒保护动作。名称参数备注902STARTIEMONITOR10%励磁电流限制实际值与监视器特性之间的裕度,以额定励磁电流Ifn的百分数表示.如果励磁电流超过该裕度,励磁过流监视动作.903DLYIEMONITORING2.0s过流监视器的启动延时.延时结束发励磁过流1段报警信号OC1_EXC_CURR(10905),指示励磁电流限制器在所设延时内未能奏效，切换到手动控7制。(2)P/Q限制器P/Q限制器本质上是一个欠励限制器，用于防止发电机进入不稳定运行区域。可以用五个无功功率值对应五个有功功率水平（P=0%，P=25%，P=50%，P=75%，P=100%）来设定限制曲线。限制曲线与发电机的电压水平有关，发电机电压变化时，限制特性随之偏移。图4P/Q限制P/Q限制的整定①低励限制的动作曲线是按照发电机不同有功功率静稳极限及发电机端部发热条件确定的。②由系统静稳条件确定进相能力曲线时，应根据系统最小运行方式的系统等值电抗，且不考虑其他发电机自动电压调节器的作用，确定该励磁系统的低励限制动作曲线。2006年6月9日，中调保护科提供的系统参数：母线正序阻抗零序阻抗基准容量220kVX1∑=0.19(0.37)X0∑=0.28(0.48)1000MVA500kVX1∑=0.06(0.12)X0∑=0.11(0.21)1000MVA注：括号内对应最小运行方式。主变的阻抗为18%，基准容量为1140MVA最大联系阻抗为Xs=18%×11401120+12%×10001120=31%发电机同步电抗为Xd=188%在功角δ=900，静稳边界为一个圆。其方程为8圆心为)11(2,02dSxxU=MVA1508,0、半径为)11(22dSxxU=2104MVA。该发电机有进相要求，按静稳极限值留10%左右储备系数整定。因此上述圆可以取：圆心为)11(2,02dSxxU=MVA1508,0、半径为0.9×)11(22dSxxU=1894MVA。③如果没有规定低励限制动作曲线，一般可按有功功率P=SN时允许无功功率Q=0及P=0时，Q=-（0.2～0.3）QN两点来确定低励磁限制动作曲线，其中SN、QN分别为额定视在功率和额定无功功率。本工程：SN=1120MVAPN=1008MWQN=488MvarCOSΦ=0.9第1点：P=1120MW，Q=0第2点：P=0MW，Q=-0.3×488=146.4MVar。由于UNITROL_5000中的低励限制的功率基准为额定视在功率Sn，上述两点可以写为：第1点：P=100%，Q=0%第2点：P=0%，Q=-0.3×488=-13.1%Sn根据上述两点确定其他3点：P=25%时，Q=-9.8%P=50%时，Q=-6.6%P=75%时，Q=-3.3%参考《大型发电机组继电保护整定计算与运行技术》P395：对有进相要求的发电机：按厂用母线电压不低于95%的电动机额定电压为条件计算。按发电机稳定运行功角≤700允许进相运行条件计算。上述两个条件在发电机做完进相试验后确定。22222)11(2)11(2dSdSxxUxxUQP9参考东方电气提供的QFSN-1000-2-27型汽轮发电机技术数据汇总表7.1：发电机容量曲线，见附录1。由上：做进相试验后低励限制曲线整定为：发电机有功实际整定为备注1501REF0Q（P）LIM-13.1%SN1502REF25Q（P）LIM-9.8%SN1503REF50Q（P）LIM-6.6%SN1504REF75Q（P）LIM-3.3%SN1505REF100Q（P）LIM-1.5%SN（此处有调整）上述整定的曲线在发电机容量曲线定子铁心端部温升限制范围内和静稳边界范围内。低励保护：Q(P)限制值与低励监视器特性之间的裕度,以额定无功电流的百分数表示.无功电流跌落到该值以下,低励监视器动作.904STARTUELMONIT：超过限制线10%；905DLYUELMONITITOR：延时2秒保护动作。（3）过通量保护（V/Hz继电器）该保护目的是防止同步发电机和变压器的磁通密度过于饱和。保护功能是根据与基准电压的比较来工作的，而基准电压取决于在发电机电压实际值下的发电机的频率。如果实际电压超过基准值，一个定时器将被触发。如果在可调的时间延迟结束后，电压仍没有返回到允许值，那么跳闸信号会被触发。图5V/Hz保护框图根据《大型发电机组继电保护整定计算与运行技术》P382。（1）过激磁（V/Hz）限制器启动值为105%Ue/fe10（2）过激磁（V/Hz）限制器动作时间取0.2s。（3）作用方式。当过激磁限制动作后，瞬时限制电压频率比为105%。V/HZ限制参数表为：名称参数备注1911REFV/HzLIMAVR105%V/Hz限制线斜率1912REFUMAXfNOMAVR105%1.对应于额定频率(100%)的V/Hz电压百分值限制.2.它表示V/Hz线总是以REF_V/Hz_LIM_AVR(1911)的斜率交于该点.1913REFUMAXAVR105%绝对电压限制值，以额定电压百分值表示，与超速无关。1914DELAYV/HzLIMAVR0.2sV/Hz限制器投入延时。V/HZ保护参数912V/HZMON：超过限制线5%；913DLYV/HZMONITITOR：延时2秒保护动作。（4）定子电流限制器这个限制器在过励和欠励运行范围内防止发电机定子绕组过热。它的工作原理与最大场电流限制器的工作原理相似。在工作中的主差值与峰值极限（最大定子电流）的设定值有关，没有一个确定的值。理论上，限制曲线对于工作时间接近于零来讲可能达到一个无限大值（Imax=无穷大）。通过适当的确定参数，可以获得反时限特性，接近于定子绕组的最大允许的热能ΔEmax。11图19在过励和欠励运行模式下的定子电流限制器两个限制器的实际值是定子电流的平均值。当发电机过励时，欠励限制器被截止，反之亦然。通过考虑到负载功率因数，一个逻辑电路保证了定子电流限制器在两个方向上（过励和欠励）的正确动作。显然，定子电流限制器不能影响有功电流。如果有功电流的数值达到高于定子电流限制器的控制点值的水平，那么为了避免限制器的错误动作无功功率被调整到接近于零。定子电流限制的整定：①该限制器用于防止发电机定子绕组过热，在过励和欠励侧均有效。②定值取105%In，1