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发电机励磁系统低励限制试验及防事故措施

文档作者：冯虎贲刘宇罗翠娥文档来源： 1．大唐华银金竹山火力发电分公司 2．湖南省电力公司试验研究院		点击数：	更新时间： 2021年08月13日
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研究与试验 湖南 电力 第29卷／2o09年第l期
发电机励磁系统低励限制试验及防事故措施
冯虎贲 ，刘宇 ，罗翠娥
(1．大唐华银金竹山火力发电分公司，湖南冷水江417505；
2．湖南省电力公司试验研究院，湖南长沙4lO007)
摘要：低励限制是励磁系统最重要的限制保护功能之一。文中详细论述了励磁系统低
励限制的软硬件原理，提出了在试验现场中为防止发电机电压急剧升高而采取的可行的
技术措施。
关键词：试验；励磁系统；低励限制；TA极性
中图分类号：TM31 文献标识码：B 文章编号：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鹊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
发电机励磁系统在电力系统运行中起着重要的
作用，对发电机励磁系统的规范主要体现在励磁系
统的国家标准和行业标准里。同时，如整流器、励
磁变压器等励磁系统主要部件还有各自的标准。在
发电厂建设的交接试验阶段和发电厂生产的预防性
试验阶段，也有各自的标准，这些标准指导着励磁
系统试验工作。与国际接轨后，指导励磁系统试验
工作的还有IEc标准和美国标准ANsI、电气和电
子工程师协会标准IEEE等。
励磁系统试验是为设计、制造、安装、交接和
检修等提供总体的全面的验证和检验，确保发电机
励磁系统发挥应有的作用。励磁系统标准一般将试
验分为型式试验、出厂试验、交接试验和大修试验
几个阶段。交接试验是在发电厂现场进行的试验项
目，对安装后的发电机励磁系统总体功能、性能、
收稿日期： 2oo8旬8．14
指标进行检查，整定符合现场要求的参数，确认励
磁系统模型参数，为发电厂接收该设备提供依据。
2 低励试验目的和内容
低励试验的目的是检查低励限制功能，检查调
整有关设定值。DL／ 5O一1998《大型汽轮发电机
自并励静止励磁系统技术条件》指出，低励限制
动作曲线是按发电机的不同有功功率静稳定极限及
发电机端部发热条件确定的。由系统静稳定条件确
定进相曲线时，应根据系统最小运行方式下的系统
等值阻抗，不考虑其它发电机组自动电压调节器作
用时的静稳定极限值留10％左右储备系数确定该
励磁系统的低励限制动作曲线。但双水内冷发电机
应通过试验或取得制造厂同意。
一般来说，在基建现场进行整定时，可以按照
以下公式进行整定：当P=Is 时，允许按Q=
一O．05Q 及P=O时，Q=一O．3 Q 来确定低励限
第29卷／2o09年第1期 湖南电力 研究与试验
制动作曲线 】，其中s ，Q 分别为额定视在功率
和额定无功功率。
低励限制的动作曲线应注意与失磁保护相配
合。特别需要注意的是，文献[1]，[2]对低励保
护的设计规定，在励磁电流过小或失磁时，低励限
制应该首先动作；如运行通道未起限制作用，应切
换到备用通道；如切换到备用通道仍未起到限制作
用，应由失磁保护判断后动作停机。
文献[1]，[2]对低励限制提出延时要求，“为
了防止电力系统暂态过程中低励限制的动作影响正
确的调节，低励限制应有一定的延时”【10】。延时
时间可以考虑为0．1～0．3 s。
图1为某厂2号机组励磁系统低励磁限制曲
线。
Mvar／ ＼
(667，0)／
／
口(0．一loo)
图1 低励限曲线示意图
设置试验定值：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。试验时JD=lO0 Mw，p=
4．0 MVar，则低励限制理论动作值为一85 MVar。
手动降低励磁电流，使发动机逐步进相，保持
有功不变，在图1中c点， 即在P=1o0 Mw，p=
一85．1 MVar时，低励限制动作，动作正确。
3 低励限制实现的外部硬件条件
自动励磁调节器(以下简称AVR)能够进行
低励限制、伏赫限制等限制保护功能的外部条件是
励磁系统引人了发电机电压、发电机电流、转子电
压、转子电流等外部模拟量。调节器根据这些模拟
量来自动对励磁装置的运行状态进行调整。
举例来说，AVR可以根据从发电机TV采集到
的反映发电机机端电压的TV二次电压值和从发电
机TA采集到的反映发电机定子电流的TA二次电
流值来计算得出发电机瞬时有功功率P和无功功
率Q，并把此时的P，0值和AVR内已经设定的
低励限制定值进行比较。如果瞬间的P，Q值坐标
在图I中限制线的上方，那么AVR将不对励磁系
统的工作状态进行干预；如果瞬间的P，Q值坐标
在图l中限制线的下方，那么AVR将立即改变控
制脉冲的触发角度，也就是说，在瞬间提高励磁电
流，从而提高发电机电势，把此时的发电机无功功
率抬高，使P，口点坐标重新落在图中限制线的上
方。 ，
4 发电机初次并网防事故措施
由上文的论述可以看出，AVR是依据从外部
的发电机TV，TA来计算外部功率，那么在现场极
易出现的TA极性接反将直接导致AVR对功率方
向出现错误的判断从而导致出现错误的调节。这样
的情况在湖南省曾经出现过。
励磁系统现场试验可分为静态试验和动态试
验。一般而言，动态试验又可以分为空载试验和带
负荷试验，同时为了配合电机专业的部分发电机试
验，励磁系统还要配合进行发电机短路试验和空载
升压试验。一般来说，在发电机短路试验时，由于
机端不存在发电机电压，故无论发电机TA极性是
否接反，在AVR的采样及显示中，都不会反映出
发电机的功率情况，从而也无法判断出发电机电流
极性是否接反；在发电机、主变或高厂变试验完毕
后的发电机空载升压试验时，由于发电机没有实际
并网带负荷，所以亦不能反映出发电机机端电流的
极性情况。
如果在现场的设备出现了TA极性接反的情
况，那么在空载升压试验完毕后的实际并网试验
中，发电机将会出现严重的故障甚至出现设备损毁
事故。具体分析如下：
发电机由空载进入并网状态这个过程由同期装
置来进行控制。一般来说，当系统侧电压的幅值和
相位与发电机电压的幅值和相位在一定的误差范围
内就可以实现并网。也就是说，在并网的瞬间，发
电机电压和系统电压是不完全相同的。如果并网瞬
间系统电压高于发电机电压，那么瞬间发电机就会
． 25 ．
研究与试验 湖南电力 第29卷／2009年第1期
进相运行，反之则发电机会出相运行。假设发电机
电压高于系统电压，那么在并网瞬间，从发电机与
系统的一次侧来看，发电机是向系统发出正向的有
功和无功的。如果此时发电机TA二次侧极性接
反，显然发电机将会判断出反向无功功率。虽然此
时从一次的角度来看，发电机进相深度不会很深，
但是现场调试人员在发电机未做进相试验前，出于
保护发电机的目的，一般把低励限制线也定义得比
较浅。此时矛盾就开始表现出来了，因发电机实际
上向系统输送无功，而由于发电机电流回路的极性
问题AVR会作出错误判断，认为发电机已处于进
相状态，因而这个错误的无功功率数值很有可能越
过低励限制线而引起低励限制动作。而低励限制动
作的结果是抬高励磁电流，进而进一步抬高发电机
电压，也就是说，从一次的角度来看，进一步增大
了向系统输送的正向无功功率。但由于发电机电流
回路的极性错误继续存在，那么此时AVR不会认
为发电机已经由于低励限制动作而改变了低励越限
状态，反而会认为发电机进相进一步加深，从而再
次引发低励限制动作。
多次动作的结果是，在从并网的瞬间向后一个
很短的延时内，发电机转子电流、定子电流急剧增
高，从而引起发电机定子电压急剧上升，直至达到
发电机过压保护定值，保护动作跳开主开关、灭磁
开关以及汽轮机。最严重的情况是，如果此时保护
装置投退不正确，发电机过压保护不能正确工作的
话，将直接导致发电机定子的烧毁。
由于充分认识到了这种潜在危险存在的可能性
以及严重性，所以在金竹山电厂l，2号机现场试
验中都采取了正确的预防措施来避免这种危险，即
在发电机短路试验和空载试验完成后， 立即在
AVR中取消低励限制功能。在发电机顺利并网后，
观察发电机的无功方向，并把在AVR中观察到的
无功方向及数值与Ecs，Ncs或机组功率测量屏上
的相关数据进行比较。如果功率方向一致，那么可
以马上恢复低励限制功能，发电机继续运行，如果
发现无功方向反向，并确认是发电机电流回路极性
错误所致，那么就应立即停机进行处理，在确认故
障消除后再开机试验。
· 26 ·
5 其它判别方法及注意的问题
如前所述，在金竹山电厂采用了在发电机并网
前取消低励限制功能并把并网后的无功功率大小和
方向与其它测量系统的数据进行比较的方法。其
实，在进行发电机主变高压侧的短路试验时，就已
经能判断此时的功率方向了。因为短路点在主变高
压侧，那么机端一般来说存在几千伏电压，也就是
说，在AVR中，是可能测量出功率的。通常可以
通过用有功功率读数的办法来进行判断。如果此时
有功功率为正 那么电流回路极性正确；如果为
负，那么电流回路极性肯定错误。从而在完成短路
试验后，可以立即进行故障处理，而不必在并网后
再跳开发电机进行故障处理。
需要注意的是，不管是采用何种方法，在并网
前，都需要暂时取消低励限制功能，2种方法的区
别只是采用后一种方法可以做到更加安全，避免不
必要的停机消缺。并且同时还要注意的是，任何机
组，都有可能在运行中由于AVR运行通道故障或
Tv断线而产生通道切换的现象，也就是说，在并
网前需要对所有的通道进行处理，将所有通道暂时
取消低励限制功能，以确保发电机的绝对安全和整
套试验的顺利进行。文中所介绍的经验不只在新机
组现场调试的时候适用，如果已运行的设备发生过
发电机TV更换、二次回路检修消缺或者励磁系统
更换的情况下同样适用。
参考文献
[1]DL／T 65O一1998，大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术
条件[S]．北京：中国电力出版社．
[2]DL／T 843—2003，大型汽轮发电机交流励磁机励磁系统技术
条件(S]．北京：中国电力出版社．
作者简介：
冯虎贲，男，36岁，大学专科，汉族，助理工程师，长期从事自
动装置和继电保护工作。
刘宇，男，49岁，大学专科，汉族，工程师，长期从事自动装
置和继电保护工作。
罗翠娥，女，29岁，大学本科，汉族，助理工程师，从事自动装
置和继电保护工作。

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