励磁系统的过励限制和过励保护

徐基航

【摘要】励磁系统是通过发电机和励磁机磁场电流实现的，对励磁系统的顶值电流瞬时限制和过励反时限限制提出了要求，这些要求包括函数特性、启动值、限制值、限制动态过程、参数整定等，将励磁系统与发电机相关保护、励磁变保护、地址定子过电流限制之间的配合关系进行了确定，指出了过励保护相关的技术方面的要求与过励限制的函数形式。

【关键词】励磁系统；过励限制；过励保护

对于励磁系统的过励限制和过励保护的值进行整定有着非常重要的作用，对机组安全和电力系统稳定有着重大的影响。在对电网瓦解的避免过程中，需要大量的无功支持，只有拥有正确的过励限制和过励保护才能够最大程度的保护机组的运行安全可靠，才能够将发电机的作用实现最大化，将电网的稳定度提高。

1.过励限制的特性

励磁系统中的过励限制具有两种功能，一种是顶值电流瞬时限制，一种是过励反时限限制[1]。不同的励磁系统会采用不同的过励限制控制量，在静止励磁系统与有刷交流励磁系统中的过励限制控制量为发电机磁场电流，而无刷交流励磁机励磁系统中的过励限制控制量为励磁机励磁电流。

励磁系统中的功率单元的过电流能力要确保发电机转子过电流能力的实现，如果励磁系统的顶值电流与发电机转子过电流能力不同时，按照较小的一方来进行确定。

2.限制过程

自并励和交流励磁机励磁系统过励反时限限制突限（磁场电流给定值瞬间给出）和缓限（经过一阶惯性给出）方式之间有着不同的响应[2]。通过仿真实验可以得出，这两中突限的方式活着缓限的方式都是能够被接受的，缓限方式能够对在热量不变的情况下对有功波动进行减少。

3.级差

发电机的转子过负荷保护一般都是依据发电机的特性来进行设定的，过励反时限与发电机转子过负荷保护之间是存在级差的，级差主要考虑的原则包括：由于测量而出现的偏差不会引起保护先于限制动作；过励反时限限制动作过程中的过热积累与电流回到长期值以下过程中的过热积累都不会引起保护动作；级差越小越有利于电力系统稳定。出现级差不考虑过励保护的主要原因有两点：一点是通过监测能够将导致过励的故障进行及时的发现和处理，这样就能够大大减小过励限制动作时刻的故障发生率；另一点是对限制失败的判断与通道的切换顶值电流需要1秒以上的时间[3]。

4.过励限制整定——过励限制控制量为励磁机磁场电流

4.1 顶值电流瞬时限制值

在顶值电流瞬时限定值确定的过程中要将励磁机的饱和考虑在内。在励磁机的符合特征曲线上，发电机磁场电压是由顶值电流的倍数俩决定的，与此来得到顶值电流瞬时限制值。

4.2 过励反时限限制的最大过热量

在过励反时限限制最大过热量的确定过程中可以忽略发电机磁场回路的时间常数。具体的过励反时限限制的最大过热量确定的步骤包括：第一步，以励磁机负载特性为依据，分析发电厂磁场电压倍数与励磁机磁场嗲留倍数之间的关系；第二步，设最大过热量为R，励磁机的最大磁场电流为A，励磁机连续运行最大磁场电流为B，发电机的顶值电流持续时间为T，通过这三个因素来对最大过热量进行计算：R=[（A/B）2-1]*T；第三步，对励磁机磁场过电流持续时间与发电机磁场过电流持续时间的配合情况进行检查，如果两者出现不配合的情况组需要对最大过热量进行调整；第四步，依照最大过热量整定发电机转子过负荷保护；第五步，在级差为2秒情况下，对过励限制最大过热量进行选取[4]。

4.3 建议

励磁机饱和系数的不断增大将会导致顶值电流的持续时间不断降低，因此，励磁机磁场電流为限制控制量的过励限制特性的反时限特性的描述要采用多点描述的方式。

5.无发电机转子过负荷保护的情况

当发电机的转子不采用过负荷保护的情况下，过励限制依旧可以通过上述的方法来进行确定，即过励限制与发电机特性留有级差。

6.过励保护

6.1 顶值电流保护

对于高顶值的励磁系统而言，励磁调节器的顶值电流保护是必备的功能。要对运行通道和非运行通道实现同时检测能够提高检测的可靠性。当顶值电流瞬时限制不能够发挥作用而发出失效的信号之后，通过通道的切换来实现在备用通道中对顶值电流进行限制。其中，备用通道可以选择自动通道也可以选择独立手动通道。顶值电流瞬时限制是否失效要通过越过限制值的百分比与延时来进行判断，企划的发电机磁场电流要在350%Ifn之下，并且要就附加的发热反应忽略掉[5]。此外，高顶值励磁系统还可以独立采用过励反时限保护，设置的特性与参数是相同的。

高顶值励磁系统有着励磁系统内部过电流切除调节器停机功能和外部过电流切除调节器停机功。

6.2 过励反时限保护

当过热量经过累计之后超过了设定值的某个百分比之后，过励反时限限制就判断为失败，要进行通道的切换。当前有一部分调节器采用的是通过延时两秒来对电流进行观察，看电流是否能够回到110%的额定值之内，这种方法需要的判断时间太长，会导致过励反时限过热量设定值的降低，如果出现这种情况就会导致发电机转子过电流的能力遭到削弱，不利于电力系统的稳定。

6.3 过励报警信号

过励报警的设置主要是为了能够对励磁进行及时的调整，避免跳机现象的出现，例如1.3倍额定电流可以设置为延时4秒报警，这种报警信号实际上就相当于发电机转子过负荷定时限保护功能[5]。

7.总结

本文主要是对励磁系统中过励限制与过励保护的特性、参数等进行了分析，提出了函数特性、限定值、参数整定等方面的要求，将励磁系统与发电机相关保护、励磁变保护、地址定子过电流限制之间的配合关系进行了确定，为电气专业人员的设计和整定工作提供参考与借鉴。

参考文献

[1]吴跨宇，陈新琪，孙维真，王超，楼伯良.发电机励磁系统强励功能分析与核算[J].浙江电力，2010，30（01）：83-84.

[2]王建明，孙华东，张健，任大伟，印永华，卜广全.锦屏—苏南特高压直流投运后电网的稳定特性及协调控制策略[J].电网技术，2010，35（06）：77-78.

[3]吴国旸，宋新立，鞠平，林俊杰，吕军，苏毅.大型核电机组涉网保护与电网安全自动装置的协调控制原则[J].电力系统自动化，2010，29（09）：1254-1255.

[4]陈晶，刘明群，吴水军.励磁限制与相应机组保护配合关系研究[J].2011年云南电力技术论坛论文集（入选部分），2011，09（22）：12-15.

[5]杨晶晶，林穗新.励磁机磁场电流为限制控制量的过励限制特性的反时限特性的描述[J].吉林大学学报（科学技术专版），2013，01（22）：07-08.