水泥厂余热发电励磁系统的保护与限制

水泥厂余热发电励磁系统的保护与限制

张德轩 韩凯 王乃同

新乡平原同力水泥有限责任公司 河南 新乡 453011

摘要：根据国家标准GB/T7409.1—7409.3“同步发电机励磁系统”的规定定义，同步发电机励磁系统是“提供发电机磁场电流的装置”，该标准中，对励磁系统的组成、性能等做了逐一的描述，其中也包含了在不同工况下的运行方式（模式）。关键词：励磁系统；智能化；光纤化；设计；测温

引言

励磁系统辅助的保护及限制功能，与励磁主控程序一样的重要，是机组的安全运行必要的配置与保障。

1、励磁控制系统的主要任务

同步发电机励磁控制系统对电网的安全稳定运行具有重要影响。励磁起动系统的任务很多，但其主要任务(在可靠性高的前提下)是保持发电机电压在允许范围内，提高电网运行的稳定性。保持发电机电压水平被认为是励磁起动系统最基本、最重要的任务，主要有以下三个原因:(1)确保供电系统元件的安全。在电网中运行的设备具有额定电压和最大电压。保证发电机端子输出电压在允许范围内是保证发电机电压和系统中各点电压在允许范围内的基本要求之一，也就是保证供电设备安全运行的基本要求之一。为实现这一点，发电机励磁系统不仅需要处于静态状态，还需要在发生重大干扰后处于静止状态，以确保发电机电压在允许范围内。发电机运行规程规定同步发电机正常工作电压范围为5%，最大电压不得超过额定电压的110%。(2)保证发电机运行的经济性。发电机在额定值附近工作最经济。发电机电压下降时，相同功率所需的定子电流增加，损耗增加。当发电机电压降得太大时，由于定子电流的限制，发电机的性能受到限制。因此，按照规定发电机的工作电压不应低于额定电压的90%。当发电机电压低于95%时，发电机应在有限负荷下运行，这也是其他电力设备的问题。(3)提高发电机电压维持能力和提高电网稳定性的要求在许多方面是一致的。从上述讨论中可以看出，保持恒压是励磁系统的主要任务。

2. 励磁控制系统的保护与限制

GB/T7409.3—2007“同步电机励磁系统技术要求”中5.15规定，自动电压调节器在其基本功能的基础上，必须具有相应的保护与限制功能。当然，承担发电机安全保证的是发电机保护装置，所有涉及到机组安全问题的，经由发电机保护汇总后，保护出口跳开相应的开关及执行机构。励磁系统中的限制和保护，是为了完善励磁系统功能而设置的，通常励磁系统中的保护与限制都先于发电机保护装置动作，即发电机运行状况偏离正常范围时，先靠励磁系统的调节、限制、保护等，让发电机运行于正常范围。我公司水泥生产线余热发电机组为一台9MW发电机，励磁系统为南京合凯电气生产的PLW系列微机励磁控制器，该系统有以下几种保护与限制的功能。

2.1 V/F限制功能及低频逆变保护

V/F限制是指空载时防止发电机转速过低引起发电机及变压器磁饱和而设计的限制功能，当频率低于47.5Hz时调节器自动按照设定的斜率降低电压给定值，并发出V/F限制信号；低频逆变保护是指当转速低于45Hz时，调节器自动逆变灭磁，发出LFD限制信号。

2.2过/欠励限制

过/欠励限制的判据是发电机的功率，发电机正常运行于与其相对应的功率圆内的一、四象限：发电机的运行状态，可以通过测量发电机出口的PT及CT的电气二次量来识别，励磁调节器通过采集PT及CT，能够计算出发电机三相电流、电压、有功、无功、功率因数等数值的大小及方向。在过、欠励的限制中，调节器采用直线模拟功率圆的区域特性。过励区域在功率圆第一象限，通过设置两点来确定过励直线，点1为发电机在0有功时，允许发出的最大无功，点2为发电机在额定有功时，允许发出多少无功。确定这两点后，程序内将这一线段20等分，计算出不同的有功时，发电机允许发出的无功，也就是相应的限制值。当机组运行时，如果检测到无功数值超过设定的允许值，经设定的延时时间后，励磁系统发出过励限制信号，同时闭锁增磁功能。欠励区域在功率圆第四象限，通过设置两点来确定过励直线，点1为发电机在0有功时，允许吸收（进相）的最大无功，点2为发电机在额定有功时，允许吸收（进相）最大无功。确定好这两点后，程序内将这一线段20等分，计算出不同的有功时，发电机允许吸收（进相）的无功，也就是相应的限制值。当机组运行时，如果检测到无功数值低于设定的允许值，经设定的延时时间后，励磁系统发出欠励限制信号，同时闭锁减磁功能。

2.3强励限制

强励限制的判据是转子电流，通过不同的判据实现不同的保护，也是系统可靠性的体现。励磁系统通常允许转子电流1.1倍额定数值能长期运行，当转子电流为额定的1.8倍后，可以允许运行10s，当转子电流高于1.1倍额定电流时，具体所允许的运行时间是由反时限曲线来计算的，当强励限制动作后，励磁运行方式自动切换为电流闭环，按1.1倍的额定电流进行闭环控制。

2.4整流桥熔丝熔断及发电机过电压保护

自并励系统的功率来自机端励磁变压器，经由三相全控桥整流后变成直流电流，经由灭磁开关输出到发电机转子。三相全控桥的可控硅及熔断器，都按额定励磁参数的1.1倍长期运行及瞬间2倍强励的容量来选择，但是如果在整流桥在重负荷状况下发生熔丝熔断，为了避免故障的进一步扩大，适当限制整流桥的输出电流是有必要的，当然，这个限制是指电流超过1.1倍以上时。发电机过电压保护是指在空载状态下，如果发电机的电压超过设定值（比如是1.3倍），励磁系统将逆变停机。

2.5 PT断线及通道切换

我们提到励磁最基本的功能是维持发电机出口电压的恒定，PT电压是表征发电机的实际电压及给励磁系统的反馈电压。为了提高励磁系统运行的可靠性，通常励磁系统需要两路三相电压作为反馈电压，也就是常说的励磁专用PT和电厂内的仪用PT。调节器是按双套冗余配置的，在电压反馈的分配上，KD2000采用交叉方式，即A通道把励磁PT当主反馈信号，而把仪用PT当参考信号，B通道则把仪用PT当主反馈通道，而把励磁PT当参考信号。

3、励磁系统安全性

3.1智能调节器设计

励磁系统至少具有完全独立的、并联冗余容错结构的双通道励磁调节器，有条件可具备第三个试验通道。励磁调节器应具有硬/软件的自诊断功能和完善的PSS2A/2B/4B功能，其重要电气量（如励磁电流、励磁电压、PSS动作量等）上送至PMU系统，PID和PSS参数上传至监控系统。励磁调节器还应具备IEC61850、ModbusTCP/IP、RS485等标准规约，可实现与智能电站各逻辑层级的互联互通。通过复核计算、趋势分析、历史数据比较等手段，励磁软件能够预测和诊断励磁装置各个环节的工作状态，并通过人机界面显示诊断结果，定位故障点位置，提供处理方案，从而实现励磁装置故障预诊断和智能定位。励磁调节器实时在线监测及自诊断功能，采用组态编程技术，实现励磁系统对外输出信号灵活定义，具有SNTP和IRIG-B码对时功能等。

3.2智能灭磁柜设计

智能灭磁柜应配置可操作控制和显示本柜状态信息、温度信息、报警信息等智能检测装置，能通过网线将本柜磁场断路器分合状态信息、磁场断路器断口处温度、非线性电阻温度、磁场断路器动作次数、跨接器动作次数、转子过电压保护动作信号、转子绕组温度等上送至励磁调节器和励磁智能综合信息管理系统，并具有试验智能录波并存储灭磁开关跳闸前后的转子电压值、转子电流值、灭磁电压值、灭磁电流值。

结束语

针对水泥厂余热发电机组的特点，本文通过励磁系统限制、过励保护、参数整定等进行分析，全面维护电网稳定运行，避免机组发生运行故障。

参考文献：

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