基于发电的低励限制以及磁力消失计算的配合探讨

2013-11-16郑丹

中国新技术新产品 2013年20期

郑丹

（国网四川省电力公司广安供电公司，四川广安 638500）

通常情况下，在发电机的发电系统装置中，其励磁系统中专门设置有相应的低励限制功能结构，对于发电机系统中的这一结构装置，通常意义上又多称为是P/Q限制器，在进行发电机发电系统的低励限制情况计算分析时，多使用如下（1）或者是下（2）所示的方程式进行计算应用。而在发电机设备中继电保护结构装置中，对于发电机发电运行过程中磁力消失情况的计算评价与分析，则多是根据发电机发电系统的静稳极限阻抗圆进行计算分析，其中发电机的静稳极限阻抗圆也被称作异步阻抗圆。根据上述发电机发电系统中两种指标因素的不同计算评价方法，在进行发电机励磁系统中低励限制的计算评价中，多将发电机的低励限制整定在R-X坐标系中进行整定计算和分析评价；而在进行发电机继电保护系统中磁力消失情况的计算分析时，则是将磁力消失情况整定在P-Q坐标系中进行计算分析与评价实施，因此，就造成了发电机低励限制以及磁力消失计算的整定配合不能在同一坐标系中进行，必然也就导致对于发电机低励限制与磁力消失计算的整定配合计算存在不合理的情况，本文将就此对其整定配合进行分析论述。

1 发电机失磁保护阻抗圆在P-Q坐标系的映射分析

根据上述发电机低励限制以及失磁保护各自的整定配合计算情况，为了实现对于发电机低励限制与失磁保护的合理整定配合与计算评价，就需要将发电机继电保护装置中对于失磁保护的整定计算与发电机励磁系统中低励限制功能的整定计算相互统一，也就是将发电机继电保护装置中对于失磁保护的异步阻抗圆整定计算形式，映射到发电机励磁系统中对于低励限制的整定计算坐标系中，即实现发电机失磁保护阻抗圆在P-Q坐标系的映射反映，具体过程如下。

假设发电机失磁保护的阻抗圆圆心为（0，X0），阻抗圆半径为R0，那么，对于阻抗圆动作区域内的发电机失磁保护情况，可以用下列方程（3）进行表示，结合发电机失磁保护阻抗圆中的已知条件情况，通过代入计算后可以将方程（3）转化为下列方程（4）。

在上示方程（4）中，P、Q、U、I分别表示的是以发电机的额定功率以及额定定子线电压作为基本值，所产生的有功功率以及无功功率、定子线电压值、定子线电流值等。

由于发电机失磁保护的计算判断是根据发电机静稳极限阻抗圆或者是发电机异步阻抗圆进行的，因此，进行发电机阻抗圆在P-Q坐标系中的映射分析，需要从发电机失磁保护是采用静稳极限阻抗圆以及异步阻抗圆两个方面进行分析考虑。

首先，发电机的失磁保护如果使用静稳极限阻抗圆进行计算判断，那么根据发电机静稳极限阻抗圆的特点，有下列公式（5）所示关系，经化简转换后可得到公式（6）。

而对于隐极的发电机静稳极限阻抗圆来讲，则有下列公式（7）所示关系，在代入公式（6）后可得如下公式（8）所示关系结果。

在上示公式（8）中，Xe、Xd分别表示的是系统电抗标幺值以及发电机直轴同步不饱和值的标幺值。公式（8）就实现了发电机的失磁保护以静稳极限阻抗圆进行计算评价中，R-X坐标系向P-Q坐标系的映射转换，在上述计算公式中，发电机静稳极限阻抗圆的圆心为（0，（Xd-Xe）U2/（2XdXe）），圆的半径 R为（Xd+Xe）U2/（2XdXe），发电机失磁保护的动作区域在阻抗圆的外部。

其次，如果发电机的失磁保护采用异步阻抗圆进行计算判断，根据异步阻抗圆特点公式（9），在根据发电机异步阻抗圆的已知关系条件后，经代入转换可得关系公式（10）。

上述公式（10）则实现了发电机异步阻抗圆中对于失磁保护的R-X坐标系计算判断向P-Q坐标系的计算判断映射转换，其中，该圆圆心为（0，-（Xd+0.5X＇d）U2/（XdX＇d）），圆的半径为（Xd-0.5X＇d）U2/（XdX＇d），发电机的失磁保护动作区在阻抗圆内。

2 基于发电的低励限制与失磁保护整定配合计算

根据上述内容，如下图1所示，为发电机静稳极限阻抗圆与异步阻抗圆映射在P-Q坐标系中曲线效果示意图。

图1 发电机静稳圆以及异步阻抗圆映射在P-Q坐标系中曲线示意图

根据上图可知，发电机发电运行过程中，一旦出现磁力消失或者是低励情况时，发电机的运行状态表现为首先越过静稳极限阻抗圆然后到达异步阻抗圆，这就表明发电机低励限制计算判断中静稳极限阻抗圆的灵敏度要比异步阻抗圆的灵敏度要高，因此，在进行发电机低励限制与磁力消失计算的整定配合上，不管发电机继电保护装置中失磁保护是采用静稳极限阻抗圆还是采用异步阻抗圆进行计算判断，在进行发电机励磁系统中低励限制的整定计算中，要想实现两者的合理整定计算，就需要与发电机失磁保护的静稳极限阻抗圆进行整定配合计算考虑。根据对于发电机失磁保护以及低励限制的整定配合计算要求，其整定配合计算步骤如下。首先，进行以发电机的基本电抗作为基值的发电机阻抗标幺值与系统阻抗标幺值，同时，根据上示公式（6）进行基于P-Q坐标系的发电机静稳极限阻抗圆推算；其次，根据工程现场的实际情况，对于上述步骤中计算的静稳圆结果在留取一定的储备系数情况，通常储备系数的留取以静稳圆圆心以及半径的0.9倍为主；最后，根据所计算求得的静稳圆结果以及发电机的相应实验值，按照统一比例，绘制在P-Q坐标系中，根据静稳圆与发电机实验值、直线P=PN三条曲线结果与Q负半轴相交区域，则可确定出发电机低励限制的方程结果。