一种发电机涉网保护与励磁系统限制功能自动校核方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种发电机涉网保护与励磁系统限制功能自动校核方法。

背景技术

近年来，随着全国电网特高压、高压直流输电的建设，抽水蓄能、风电、光伏等新能源的发展，电力行业愈发重视机网协调的相关要求。最新的国家标准和行业标准均提出了相应的具体要求。

国家对机网协调方面提出了要求“防止机网协调及风电大面积脱网事故”。其中涉及到的内容包括：发电机励磁系统、调速系统、发电机、变压器继电保护、低频减载、发电机一次调频、发电机进相运行、失步振荡、发电机失磁异步运行等。

励磁系统在功能上配置了完善的限制、保护单元，包括过励限制、低励限制、V/Hz限制、过电压保护等。而发变组保护中亦配置了励磁绕组过负荷、失磁保护、过激励保护及发电机过电压保护等与励磁系相关的保护。因此励磁系统定值参数应根据系统异常运行工况与发变组保护定值配合，充分利用励磁系统的限制功能，保障机组安全、稳定运行。

现如今，发电机涉网保护与励磁系统控制参数的定值通常委托调试单位和设备厂家整定或设置，有的甚至使用基建部门的调试定值。在发电机正常投入运行后，极易发生发电机涉网保护与限制缺乏和实际电网之间的协调等问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种发电机涉网保护与励磁系统限制功能自动校核方法。其目的是为了实现发电机涉网保护与励磁系统限制功能之间配合关系的自动校核，防止涉网保护与限制拒动和误动，确保系统安全稳定运行，减小故障破坏范围，增强电厂的涉网保护与限制整定值校核和管理工作的发明目的。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种发电机涉网保护与励磁系统限制功能自动校核方法，包括：

发电机转子过负荷保护与励磁系统过励限制功能的自动校核；

发电机失磁保护与励磁系统低励限制功能的自动校核；

发电机过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制功能的自动校核；

发电机定子过电压保护与励磁系统定子过电压限制功能的自动校核；

发电机定子过负荷保护与励磁系统定子过流限制功能的自动校核。

更进一步的，所述发电机转子过负荷保护与励磁系统过励限制功能的自动校核：励磁系统过励限制功能需要与发电机转子过负荷保护相配合的反时限特性，是获得强励时间时限制励磁电流的前提条件，发电机转子过负荷保护定值大于过励磁限制器动作定值，同时发电机转子过负荷能力对应值大于转子过负荷的保护定值，发电机转子过负荷能力对应值、转子过负荷保护定值与过励限制器动作定值逐级递减，为三者留出级差。

更进一步的，所述发电机失磁保护与励磁系统低励限制功能的自动校核：励磁系统低励限制先于发电机失磁保护动作的原则，低励限制曲线应与静稳极限边界配合，且留有一定裕度，发电机从开始失磁直到最后出现失稳，测量机端的功率和阻抗都应当首先进入限制低励区，之后进入保护低励区，最终得到失磁的保护圆。

更进一步的，所述发电机过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制功能的自动校核：励磁系统伏赫兹限制应与发电机的过激磁特性匹配，具有定时限和反时限特性，发电机动态过程的励磁调节应不受电压与频率的比率限制单元动作的影响；反时限特性采用非函数型式的多点表述方式，与过激磁保护的定时限和反时限特性配合。

更进一步的，所述发电机定子过电压保护与励磁系统定子过电压限制功能的自动校核：励磁系统如设有定子过电压限制功能，应与发电机定子过电压保护相配合，限制环节应在机组保护之前动作，励磁系统的定子过电压限制一般为定时限，与发电机定子过电压保护相同特性。

更进一步的，所述发电机定子过负荷保护与励磁系统定子过流限制功能的自动校核：励磁系统定子过流限制应与发电机定子过负荷保护配合，遵循定子电流限制先于定子过负荷保护动作的原则，定子过流限制动作区域小于定子过负荷保护动作区域，同时定子过负荷保护动作区域也小于发电机允许过负荷能力，并且留有适当的裕度。

更进一步的，所述发电机转子过负荷保护与励磁系统过励限制功能的自动校核，其中，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，过励反时限与发电机转子绕组过负荷保护特性之间留有级差，顶值电流下的过励反时限延时比发电机转子过负荷保护延时减少，取2s；

过励反时限启动值小于发电机转子过负荷保护的启动值，为105％-110％发电机额定磁场电流，启动值不影响反时限特性，强励反时限限制值比启动值减少5％-10％发电机额定磁场电流，以释放积累的热量，也可限制到启动值，再根据强励限制动作信号，减少磁场电流；

励磁系统过励限制及发电机转子过负荷保护与发电机转子强励能力曲线遵循反时限过热特性：

式中：I

更进一步的，所述发电机失磁保护与励磁系统低励限制功能的自动校核，其中，欠励限制动作曲线按发电机不同有功功率静稳定极限及发电机端部发热条件确定；由系统静稳定条件确定进相曲线时，根据系统最小运行方式下的系统等值阻抗，确定该系统的欠励动作曲线；按有功功率P＝P

整定低励限制的一般原则为：在有功出力全范围合理定义、满足定子端部热稳定限制要求、满足静态稳定限制要求、根据机端电压变化进行调整、与失磁保护协调配合；低励限制动作曲线是在发电机的P-Q平面上根据进相试验确定的系统无功储备整定的，而阻抗型失磁保护则是在发电机机端的R-X测量阻抗平面上计算的，将两者归算到同一坐标平面上进行讨论，核查励磁系统低励限制、发电机失磁保护、进相试验及P-Q极限时，对应低励限制定值中设置的有功功率点选取功率点。

更进一步的，所述发电机过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制功能的自动校核，其中，发电机组过激磁保护装设由低定值和高定值两部分组成的定时限过激磁保护或反时限过激磁保护，优先装设反时限过激磁保护；发电机组过激磁保护配置定时限保护时，其低定值部分动作于信号，高定值部分动作于解列；发电机组过激磁保护配置反时限保护时，反时限保护动作于解列；反时限过激磁保护启动值高于额定值的1.07倍。

更进一步的，所述发电机定子过电压保护与励磁系统定子过电压限制功能的自动校核，其中，定子过电压保护的整定值在不超过发电机过电压能力的前提下，采用高定值；对于水轮发电机组，过电压保护整定值根据定子绕组绝缘状况决定，按DL/T 684的规定，高于额定电压的1.5倍，动作时限0.5s；采用可控硅励磁的高于额定电压的1.3倍，动作时限0.3s；保护动作于解列；对于汽轮发电机组，过电压保护整定值根据定子绕组绝缘状况决定，按DL/T 684的规定，高于额定电压的1.3倍，动作时限0.5s，保护动作于解列；

所述发电机定子过负荷保护与励磁系统定子过流限制功能的自动校核，其中，励磁系统的定子过流限制为反时限特性，根据励磁调节器定子过流限制、励磁调节器中定子过流限制的定值或参数设置确定各定子电流倍数对应的励磁调节器动作时间，根据发电机保护整定值确定各定子电流倍数对应的过负荷保护时间整定值，发电机定子过负荷能力表征发电机设备通过定子电流的能力，查找其能力曲线确定各定子电流倍数对应的允许时间。

本发明具有以下有益效果及优点：

本发明自动校核方法能够提升发电机抗风险能力，防止涉网保护与限制拒动和误动，确保系统安全稳定运行，减小故障破坏范围，增强电厂的涉网保护与限制整定值校核和管理工作，校核发电机涉网保护和励磁系统限制的动作特性是否正确匹配。实现发电机涉网保护与励磁系统限制功能之间配合关系的自动校核，为发电机的安全运行分析和决策提供支撑。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明励磁系统过励限制及发电机转子过负荷保护特性曲线图；

图2是本发明发电机过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制特性曲线图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1和图2描述本发明一些实施例的技术方案。

实施例1

本发明提供了一个实施例，是一种发电机涉网保护与励磁系统限制功能自动校核方法，包括：

发电机转子过负荷保护与励磁系统过励限制功能的自动校核；

发电机失磁保护与励磁系统低励限制功能的自动校核；

发电机过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制功能的自动校核；

发电机定子过电压保护与励磁系统定子过电压限制功能的自动校核；

发电机定子过负荷保护与励磁系统定子过流限制功能的自动校核。

其中，本发明所述发电机转子过负荷保护与励磁系统过励限制功能的自动校核：励磁系统过励限制功能需要与发电机转子过负荷保护相配合的反时限特性，这是获得强励时间时限制励磁电流的前提条件，发电机转子过负荷保护定值必须大于过励磁限制器动作定值，同时发电机转子过负荷能力对应值大于转子过负荷的保护定值，发电机转子过负荷能力对应值、转子过负荷保护定值与过励限制器动作定值逐级递减，应该为三者留出一定的级差。

其中，本发明所述发电机失磁保护与励磁系统低励限制功能的自动校核：励磁系统低励限制先于发电机失磁保护动作的原则，低励限制曲线应与静稳极限边界配合，且留有一定裕度，发电机从开始失磁直到最后出现失稳，测量机端的功率和阻抗都应当首先进入限制低励区，之后进入保护低励区，最终得到失磁的保护圆。

其中，本发明所述发电机过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制功能的自动校核：励磁系统伏赫兹限制应与发电机的过激磁特性匹配，应具有定时限和反时限特性，发电机动态过程的励磁调节应不受电压与频率的比率限制单元动作的影响。反时限特性宜采用非函数型式的多点表述方式，应与过激磁保护的定时限和反时限特性配合。

其中，本发明所述发电机定子过电压保护与励磁系统定子过电压限制功能的自动校核：励磁系统如设有定子过电压限制功能，应与发电机定子过电压保护相配合，限制环节应在机组保护之前动作，励磁系统的定子过电压限制一般为定时限，与发电机定子过电压保护相同特性。

其中，本发明所述发电机定子过负荷保护与励磁系统定子过流限制功能的自动校核：励磁系统定子过流限制应与发电机定子过负荷保护配合，遵循定子电流限制先于定子过负荷保护动作的原则，定子过流限制动作区域应该小于定子过负荷保护动作区域，同时定子过负荷保护动作区域也应该小于发电机允许过负荷能力，并且留有适当的裕度。

实施例2

本发明又提供了一个实施例，是一种发电机涉网保护与励磁系统限制功能自动校核方法，具体包括：

第1.发电机转子过负荷保护与励磁系统过励限制功能的自动校核。

所述发电机转子过负荷保护与励磁系统过励限制功能的自动校核，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，过励反时限与发电机转子绕组过负荷保护特性之间留有级差，顶值电流下的过励反时限延时应比发电机转子过负荷保护延时适当减少，但不宜过大，一般可取2s。

过励反时限启动值小于发电机转子过负荷保护的启动值，一般为105％-110％发电机额定磁场电流，启动值不影响反时限特性，强励反时限限制值一般比启动值减少5％-10％发电机额定磁场电流，以释放积累的热量，也可限制到启动值，再由操作人员根据强励限制动作信号，减少磁场电流。

励磁系统过励限制及发电机转子过负荷保护一般与发电机转子强励能力曲线遵循反时限过热特性：

式中：

I

A——热容量常数；

T——时间。

励磁系统过励限制及发电机转子过负荷保护特性曲线如图1所示，对于汽轮发电机一般要求A不小于33.75，通常励磁系统强励限制取A为30。

第2.发电机失磁保护与励磁系统低励限制功能的自动校核。

所述发电机失磁保护与励磁系统低励限制功能的自动校核，欠励限制动作曲线是按发电机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，确定该系统的欠励动作曲线。如果对进相没有特别要求时一般可按有功功率P＝P

整定低励限制的一般原则可概括为：在有功出力全范围合理定义、满足定子端部热稳定限制要求、满足静态稳定限制要求、根据机端电压变化进行调整、与失磁保护协调配合。低励限制动作曲线是在发电机的P-Q平面上根据进相试验确定的系统无功储备整定的，而阻抗型失磁保护则是在发电机机端的R-X测量阻抗平面上计算的，为了能正确地校核它们之间的配合关系，必须将两者归算到同一坐标平面上进行讨论，核查励磁系统低励限制、发电机失磁保护、进相试验及P-Q极限时，可以对应低励限制定值中设置的有功功率点选取功率点。

第3.发电机过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制功能的自动校核。

所述发电机过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制功能的自动校核，发电机组过激磁保护应装设由低定值和高定值两部分组成的定时限过激磁保护或反时限过激磁保护，宜优先装设反时限过激磁保护。发电机组过激磁保护配置定时限保护时，其低定值部分应动作于信号，高定值部分应动作于解列。发电机组过激磁保护配置反时限保护时，反时限保护应动作于解列。反时限过激磁保护启动值高于额定值的1.07倍。

发电机过激磁保护与励磁系统伏赫兹限制特性曲线如图2所示。

第4.发电机定子过电压保护与励磁系统定子过电压限制功能的自动校核。

所述发电机定子过电压保护与励磁系统定子过电压限制功能的自动校核，定子过电压保护的整定值应在不超过发电机过电压能力的前提下，采用较高的定值。对于水轮发电机组，过电压保护整定值根据定子绕组绝缘状况决定，按DL/T684的规定，高于额定电压的1.5倍，动作时限取0.5s；采用可控硅励磁的高于额定电压的1.3倍，动作时限取0.3s。保护动作于解列。对于汽轮发电机组，过电压保护整定值根据定子绕组绝缘状况决定，按DL/T684的规定，高于额定电压的1.3倍，动作时限取0.5s，保护动作于解列。

第5.发电机定子过负荷保护与励磁系统定子过流限制功能的自动校核。

所述发电机定子过负荷保护与励磁系统定子过流限制功能的自动校核，励磁系统的定子过流限制一般为反时限特性，可根据励磁调节器定子过流限制、励磁调节器中定子过流限制的定值或参数设置确定各定子电流倍数对应的励磁调节器动作时间，根据发电机保护整定值确定各定子电流倍数对应的过负荷保护时间整定值，发电机定子过负荷能力表征发电机设备通过定子电流的能力，应查找其能力曲线确定各定子电流倍数对应的允许时间。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。