发变组转子绕组过负荷保护与励磁调节器过励限制保护配合分析

全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 电气 323 发变组转子绕组过负荷保护与励磁调节器 过励限制保护配合分析 廖松涛 李江国 内蒙古岱海发电有限责任公司 内蒙古 凉城 摘 要 发变组转子绕组过负荷保护与励磁调节器过励限制保护正确的动作配合关系应该是励磁调节器过 励限制保护动作先于发变组转子绕组过负荷保护 本文通过对岱海发电有限责任公司 4 600MW 机组发变组转子绕 组过负荷保护与励磁调节器过励磁限制保护动作值与动作时间的具体计算与分析 提出 ABB UNITROL5000 励磁调 节器过励磁限制保护曲线设计上存在的缺陷及解决方法 关键词 转子绕组 过负荷保护 过励限制 配合 分析 0 引言 内蒙古岱海发电有限责任公司 4 600MW 机组励磁变保护采用美国 GE 公司生产 T35 保护装置 其型号为 T35 A00 HCH F8C H6C 其励磁绕组过负荷保护包括定时限部分与反时限部分 励磁调节 器采用瑞士 ABB 公司生产的 UNITROL5000 调节器 其型号为 Q5S O U251 S6000 发电机型号为 QFSN 600 2 额定励磁电流为 4145A 本文通过对发变组转子绕组过负荷保护与励磁调节器过励限 制保护动作值与动作时限的具体计算与比较 进一步阐述两者之间的配合关系 存在的问题及解决 方法 1 发变组转子过负荷保护分析 发变组转子过负荷保护包括定时限部分与反时限部分 采用励磁变低压侧交流有效值反映转子 电流的大小 CT 变比为 5000 5A 其中定时限部分动作于发信号 延时为 5s 反时限部分采用 IEEE 反时限动作特性 T TDM 其中 B I I A p pickup 1 A 28 2 B 0 1217 p 2 TDM 1 194 Ipickup 3 382A 反时限保护动作于关主汽门 其动作值与 动作时限计算后列于表 1 为与励磁调节器的计算值进行比较 I 为转子励磁电流值 表 1 转子过负荷反时限动作值与时限 I Ifdn2 081 461 251 12 T s 10 329 960132 5 t s 103060120 全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 电气 324 其中 T s 为根据 IEEE 反时限动作特性计算后的所得时间 Ifdn 为发电机额定励磁电流 t s 为根据上海电机厂给定的发电机转子短时过电压能力计算出的转子绕组过负荷能力 这与国标 GB7064 的要求是一致的 从表 1 可以看出上述反时限特性的选取基本与电机厂给定的发电机转子 过负荷能力一致 在 I Ifdn 2 08 时 T 10 3s 这也满足 继电保护和安全自动装置技术规程 GB T14285 2006 5 6 1 及 同步电机励磁系统及大 中型同步发电机励磁系统技术要求 GB T7409 3 2007 5 4 励磁系统顶值电流应不超过 2 倍额定励磁电流 允许持续时间应不小于 10s 的要求 只是在 I Ifdn 1 12 时 T 132 5s t 120s 但考虑到此时定时限保护早已发信 可以 说上述转子过负荷保护反时限部分动作特性的选取是正确的 图 1 基于 MATLAB 计算出的发变组转子绕组过负荷保护反时限曲线图 2 励磁调节器过励限制保护分析 ABB UNITROL 励磁调节器过励限制器动作特性为 t REF IEMAX 0 9REF IETH 2 IE 0 9REF IETH 2 TIME IEMAX SEL 其中 REF IEMAX 为顶值励磁电流 以额定励磁电流为基准的标 么值百分数 REF IETH 为连续励磁电流 以额定励磁电流为基准的标么值百分数 TIME IEMAX SEL 为强励时间 根据 同步电机励磁系统及大 中型同步发电机励磁系统技术要求 GB T7409 3 2007 5 2 当同步发电机的励磁电压和电流不超过其额定 1 1 倍时 励磁系统应能保 证能长期运行的要求 REF IETH 应设为 110 根据 继电保护和安全自动装置技术规程 GB T14285 2006 5 6 1 及 同步电机励磁系统及大 中型同步发电机励磁系统技术要求 GB T7409 3 2007 5 4 励磁系统顶值电流应不超过 2 倍额定励磁电流 允许持续时间应不小于 10s 的要求 REF IEMAX 应设为 200 TIME IEMAX SEL 应设为 10s 由此可以计算出 ABB UNITROL 励磁调节器过励限制器动作值与时限 列于表 2 表 2 过励限制器动作值与时限 I Ifdn2 001 461 251 12 T s 1046 2150 9603 6 t s 103060120 其中 T s 为根据 UNITROL 5000 过励限制器动作特性计算值 t s 为上海电机厂给定的发电机 转子过负荷能力 全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 电气 325 图 2 基于 MATLAB 计算出的励磁调节器过励限制曲线 3 转子过负荷反时限与过励限制器动作特性配合分析 图 3 基于 MATLAB 计算出的发变组转子过负荷保护反时限曲线与励磁调节器过励限制曲线对比 图 过励限制为 2 倍 10 秒 由表 1 表 2 及图 3 可以看出 UNITROL 5000 过励限制器的动作时限除了在 I Ifdn 2 时能与发 电机转子过负荷能力及发变组转子过负荷反时限相配合外 在其它点上其动作时限均远大于上海电 机厂给定的发电机转子过负荷能力和发变组转子过负荷反时限值 正常的配合关系应该是在相同的 励磁电流值下励磁调节器的过励限制器动作时限小于发变组转子过负荷反时限的动作时限 且两者 均应在电机厂给定的发电机转子过负荷能力范围内 当发生转子过励时 应首先由励磁调节器动作 于限制励磁电流的增长 当励磁调节器无法限制励磁电流的增长时再由发变组转子过负荷反时限保 护动作于关主汽门 同时上述动作时限还应满足国标对励磁系统强励电流值及强励时间的要求 由 此可以看出 ABB UNITROL5000 励磁调节器过励限制器动作特性确实存在着设计上的缺陷 4 解决办法 有效的解决办法应该是修改 ABB UNITROL5000 励磁调节器过励限制特性曲线计算公式 但这需 要设备厂家对励磁调节器内部逻辑进行修改 普通用户无法通过 UNITROL5000 调试软件 CMT 进行修 改 目前可能的解决办法只能通过缩短 TIME IEMAX SEL 的设置值来满足 NITROL5000 励磁调节器过 励限制特性与发变组转子过负荷保护及发电机转子过负荷能力的配合关系 如果将 TIME IEMAX SEL 设为 4s 其动作时限列于表 3 全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 电气 326 表 3 修改强励时间后的过励限制器动作值与时限 TIME IEMAX SEL 设为 4s I Ifdn2 001 461 251 12 T s 418 560 4241 4 t s 103060120 由表 3 可以看出如果将 TIME IEMAX SEL 即强励时间修改为 4s 过励限制动作特性基本上能与 发变组转子过负荷保护及发电机转子过负荷能力的进行配合 但在 I Ifdn 1 12 时时间上还有较大 差距 图 4 发变组转子过负荷保护反时限曲线与励磁调节器过励限制曲线对比图 过励限制为 2 倍 4 秒 如果需要确保在整个动作区域内发变组转子绕组过负荷保护反时限与励磁调节器过励限制的正 确配合 就需要继续降低励磁调节器过励限制值 经过计算如果将 TIME IEMAX SEL 设为 2s 发变 组转子绕组过负荷保护反时限与励磁调节器过励限制曲线能在整个动作区域内正确配合 表 4 修改强励时间后的过励限制器动作值与时限 TIME IEMAX SEL 设为 2s I Ifdn2 001 461 251 12 T s 29 2430 18120 72 t s 103060120 图 5 发变组转子过负荷保护反时限曲线与励磁调节器过励限制曲线对比图 过励限制为 2 倍 2 秒 从曲线对比图中明显可以看出 励磁调节器过励限制曲线在 Ie pu 1 2 后下降过快 导致在 之后的过励限制动作值远小于发电机转子允许短时过负荷能力 同时这还与 继电保护和安全自动 装置技术规程 GB T14285 2006 5 6 1 及 同步电机励磁系统及大 中型同步发电机励磁系统技 术要求 GB T7409 3 2007 5 4 励磁系统顶值电流应不超过 2 倍额定励磁电流 允许持续时间应 全国火电 600MW 机组技术协作会第十三届年会论文集 电气 327 不小于 10s 的要求相距甚远 应该说上述解决方案并不是理想的解决方案 5 结束语 结合上面的分析 我们可以看出 UNITROL 5000 过励限制器动作特性确实存在着设计不合理的 地方 要彻底解决 UNITROL 5000