火电厂励磁系统过励限制特性试验研究

孟 萍，李 宁，孙文林

（华能雨汪电厂检修部，云南曲靖655507）

1 引言

正确的励磁系统过励限制和过励保护可以在保证发电机组安全可靠运行的条件下最大限度地发挥发电机的作用，从而提高电网的稳定裕度。本文对过励限制和过励保护特性、参数整定等方面进行分析，并做了过励限制特性试验，为机组安全和稳定奠定基础。

2 过励限制的主要特性

过励反时限特性函数类型与发电机磁场过电流特性函数类型一致［1］。因励磁机饱和难以与发电机磁场过电流特性匹配时宜采用非函数形式的多点表述反时限特性。

隐极式同步发电机转子过电流特性表达式［2］如下:

式中:I为发电机磁场电流对额定磁场电流Ifn的比值；t为许可的过电流持续时间。

水轮发电机转子仅有承受2Ifn的持续时间的描述，缺少过电流特性的函数描述。

励磁系统功率单元（励磁变压器、整流桥、励磁机等）的过电流能力应保证实现发电机转子过电流能力，但是某些交流励磁机励磁系统的顶值电流可能小于发电机转子过电流能力，当两者不相同时按小者确定。

按照继电保护规定，转子绕组过负荷保护特性与发电机转子过电流特性一致。过励反时限特性与发电机转子绕组过负荷保护特性之间留有级差，确保在保护动作之前限制动作。

过励反时限启动值小于发电机转子过负荷保护的启动值，大于 Ifn，一般为（105%～110%）Ifn。启动值不影响反时限特性，并当磁场电流大于启动值后进入反时限计算。

过励反时限限制值一般比启动值减少（5%～10%）Ifn，以释放积累的热量，也可限制到启动值，再由操作人员根据过励限制动作信号减少磁场电流。限制环节可以有不大于0.3s时间常数的惯性环节，以减少有功功率波动和无功功率超调。

过励限制信号测量误差小于0.5%，时间误差小于0.05%，有良好的调节参数，使得限制过程快速而稳定，过励限制特性能够通过试验证实。

3 可控励磁发电系统过励限制电路原理及其工作特性

过励限制是把可控励磁发电系统中可控桥最大输出电流，限制在一定限度内的安全保护措施。因为可控励磁系统调节灵敏，在发电机端电压下降5%时，就能将可控硅导通角开放到最大进行强励［4］。如不加以限制，这时的强励电流约为额定励磁电流的2倍以上，对励磁绕组和可控桥整流元件都可能造成危害。因此必须设置过励限制电路把强励电流限制在强励允许值以内。过励限制电路原理接线见图1。

图1 过励限制电路原理接线图

过励信号由可控功率整流桥交流侧的两个测量互感器5TA、6TA二次侧取得。本电路测量可控桥的交流输入电流，当其达限制值时，输出的过励限制信号自动限制可控硅开放角的增大，从而限制可控桥最大励磁电流在一定的数值内。其限制值由波段开关1Ke分十档进行整定调节。

测量电流互感器5TA、6TA分别串在可控桥交流侧任意二相的输入端上，副边分别并接3RT、4RT。其上可取得与输入电流成正比的电压，将它们的一端异极性相连，接成V型，形成三相电压，接至过励限制电路的输入端4-5-6。

图1中，2Re为减小限制信号的交流成分，防止励磁电压波起伏不平衡而设。2Re阻值不大，它并不明显地减慢1Ce的充电速度，保证限制信号有较快的上升速度。而3Re阻值较大，减慢了1Ce的放电速度，以此平滑过励限制信号，减小信号中的交流成分。

4 试验内容与步骤

4.3.1 过励限制特性试验接线见图2。按图示要求接入三相自耦调压器、交流电压表、交流电流表和负载电阻1R、2R、3R。电流互感器二次电流在3RT、4RT上形成的三相交流电压是过励限制的输入电压，分别为 U4-5、U5-6、U6-4，三相电流值相同时，三相电压值也应相等。在输出端9-10接入直流电压表用于测量输出电压U9-10。波段开关1Ke置于5档位置，将三相调压器调至零输出位置，电源开关处于断开状态，接线完毕检查无误后，接入三相交流电源。

4.3.2 合上交流电源开关调节三相调压器，逐步增加输入TR原边电压至100V，注意观察电流表和电压表的变化情况，调节R1、R2、R3使三相电流对称，然后按表4-2所对应各点电流改变值记录过励限制的输入输出参数［5］。

4.3.3 调压器置零输出位置，切断三相交流电源，调节整定过励限制值的波段开关置于“0”档位置。

图2 过励限制特性试验接线图

4.3.4 记录绘制限制特性:断开 5TA、6TA 与过励限制电路输入端4、5、6的连接导线，将三相调压器输出端 a、b、c 直接接到过励限制输入端 4、5、6，作为输入电压Usr，合上三相交流电源开关，按表4-2调整三相调压器改变输入过励限制电路的交流输入电压Usr，逐点测试记录过励限制输入电压Usr与输出电压Usc的对应值，测试数据正确记入表4-3中（注意:三相调压器输入过励限制电路的电压不应大于17V，三相电压应对称均匀）。

表4 -3过励限制特性测试记录表

4.3.5 再将过励限制整定开关分别置于“5”档和“10”档时，按上面第4步分别测出二组数据记录在表4-3相应的表格中。

5 结束语

本文主要对可控励磁发电系统进行了试验设计，着重在可控励磁系统中的过励限制方面作了重点分析，并设计了相关的一个过励限制特性试验，对过励限制系统加深了了解。对火电厂励磁系统过励限制和保护定值这个关系到机组安全和电力系统稳定的重要问题进行了深入研究。