励磁调节器整定计算

1、内部四期2X 1000MW发电机励磁调节器整定计算书审查：翟保宏复核：刘国新计算：林西国华电国际邹县发电厂四期工程整定计算目录一、参数收集 2二、P-Q 低励限制 2三、V/Hz限制及保护 4四、过励限制及保护 4五、定子电流限制 5六、手动方式励磁电流限制 6七、发电机的调差 6八、发电机的转子过电压 7九、起励 8十、变压器温度保护 8十一、发电机绕组温度 8十二、励磁临时电源 8十三、其他问题 9附录1 :发电机容量曲线 10附录2 :发电机饱和曲线 11附录3 :发电机V型曲线 121华电国际邹县发电厂四期工程整定计算励磁系统参数:2华电国际邹县发电厂四期工程整定计算名称符号参数发电机

2、额定电流In23949A发电机额定电压Un27kV额定功率因数COS n0.9 （滞后）额定频率fn50Hz额定功率Pn1000MW额定励磁电压Ufn501V额定励磁电流Ifn5272A空载励磁电压UfO155V空载励磁电流IfO1822A二. P-Q型低励限制的整定（一）参考DL/T650-1998大型汽轮发电机自并励磁静止励磁技术条件附录 B :低励限制和PSS的整定原则1 .低励限制的动作曲线是按照发电机不同有功功率静稳极限及发电机端部发热条件确定的。2 .由系统静稳条件确定进相能力曲线时，应根据系统最小运行方式的系统等值电抗，不考 虑其他发电机自动电压调节器的作用，确定该励磁系统的低励

3、限制动作曲线。2006年6月9日，中调保护科提供的系统参数：母线正序阻抗零序阻抗基准容量220kVX1 E=0.19(0.37)X0 刀=0.28(0.48)1000MVA500kVX1 E=0.06(0.12)X0 E=0.11(0.21)1000MVA华电国际邹县发电厂四期工程整定计算注：括号内对应最小运行方式。#7主变的阻抗为18%，基准容量为1140MVA11201120最大联系阻抗为 Xs=18% X +12% X =31%11401000发电机同步电抗为 Xd=188%在功角3 =90 0，静稳边界为一个圆。其方程为P2学(丄2 xsXd圆心为=0,1508MVA、半径为2 XS=

4、2104MVAXd22该发电机有进相要求，按静稳极限值留10%左右储备系数整定。因此上述圆可以取:圆心为0企（丄丄）2 Xs Xd0,1508MVA、 半径为 0.9 X2u / 11 ()=1894MVA。2 Xs 人3 .如果没有规定低励限制动作曲线，一般可按有功功率 P=Sn时允许无功功率 Q=0及P=0时，Q=- （0.2 5.3 ） Qn两点来确定低励磁限制动作曲线，其中Sn、Qn分别为额定视在功率和额定无功功率。本工程：Sn=1120MVAPn=1000MWQN=488MvarCOS =0.9第 1 点：P=1120MW, Q=0第 2 点：P=0MW ,Q=-0.3 X488=1

5、46.4MVar。由于UNITROL_5000 中的低励限制的功率基准为额定视在功率。因此上述两点可以写为：第 1 点：P=100% ，Q=0%第 2 点：P=0% , Q=-0.3 X488=-13.1%根据上述两点确定其他3点：P=25% 时，Q=-9.8%P=50% 时，Q=-6.6%P=75% 时，Q=-3.3%（二） 参考大型发电机组继电保护整定计算与运行技术P395 :对有进相要求的发电机：1）按厂用母线电压不低于 95%的电动机额定电压为条件计算。2 ）按发电机稳定运行功角W 70 0允许进相运行条件计算。3 ）上述两个条件在发电机做完进相试验后确定。（三） 参考东方电气提供的Q

6、FSN-1000-2-27型汽轮发电机技术数据汇总表7.1 :发电机 容量曲线，见附录1。由上：低励限制曲线暂确定为:发电机有功发电机无功1501 REF0 Q ( P) LIM-13.1%1502 REF25 Q ( P) LIM-9.8%1503 REF50 Q ( P) LIM-6.6%1504 REF75 Q ( P) LIM-3.3%1505 REF7100 Q (P) LIM0.0%上述整定的曲线在发电机容量曲线定子铁心端部温升限制范围内和静稳边界范围内。（四）低励保护Q（P）限制值与低励监视器特性之间的裕度，以额定无功电流的百分数表示无功电流跌落到该值以下，低励监视器动作904

7、START UEL MONIT:超过限制线 10% ；905 DLY UEL MONITITOR :延时2秒保护动作。（五）自动运行范围：取 1901 HLREF AVR 110%1902 LLREF AVR 80%。DL/T650和DL/T843对低励限制的延时要求，“为了防止电力系统暂态过程中低励限制回路的动作影响正确的调节，低励限制回路应有一定的时间延迟”。延迟时间取0.1 0.3s，暂取0.2s。低励限制动作后不应阻断电力系统稳定器PSS的作用。但在整个ABB逻辑控制回路中没有出现励磁限制的延时问题。故低励限制是瞬时动作。三.V/Hz限制及保护V/Hz限制功能用于防止主变、高厂变、发电

8、机因磁密过高、励磁电流过大引起的铁心和绕组发热。V/Hz保护是在V/Hz限制失去作用时，将调节器切至备用通道以维持运行。V/Hz限制动作时应当不影响PSS发挥作用。1 . V/Hz 限制：我厂一、二期工程：106% Ue/fe我厂三期工程：105% Ue/fe根据大型发电机组继电保护整定计算与运行技术P382。(1) 过激磁(V/Hz )限制器启动值为105%Ue/fe(2) 过激磁(V/Hz )限制器动作时间取 0.2s。(3) 作用方式。当过激磁限制动作后，瞬时限制电压频率比为105%。名称参数备注1911 REF V/Hz LIM AVR105%V/Hz限制线斜率1912 REF UMA

9、X fNOM108%1.对应于额定频率(100%)的V/Hz 电压百分AVR值限制2.它表示V/Hz线总是以REF_V/Hz_LIM_AVR (1911)的斜率交于该点1913 REF UMAXAVR110%绝对电压限制值，以额疋电压百分值表示，与超速无关。1914 DELAY V/Hz LIM0.2sV/Hz限制器投入延时。AVR2 . V/Hz 保护：超过限制线5%，延时2秒保护动作。名称参数备注912 START V/Hz MON5.0%V/Hz 限制特性与保护特性间百分数裕度。U_MACH_RELATIVE 大于设定特性时监视器动作。913DLYV/HzMONITOR2.0s过激磁监视

10、启动延时.延时结束后，信号V/HZ_FAULT (10919)有效，即限制器在设定的时间内不成功.四过励限制及保护过励限制功能用于防止励磁过大导致发电机转子绕组过热。达到动作值后，可限制发电机转子电流小于额定电流1.1倍。过励保护是在过励限制失去作用时，根据故障判断分析进行动作，或将调节器切至备用通道以维持运行，或直接输出信号进行发电机解列灭磁。1 .过励限制：我厂一、二期工程：105%len启动，180%len最大值延时8秒。我厂三期工程：110%len启动，180%len最大值延时10秒。我厂四期工程励磁系统参数：强励顶值电流倍数2.0允许强励时间20s。2 . 定值取110%Ien ,

11、180%Ien 最大值延时10秒。限制器动作时间1s，拉回到限制线110%Ien3 保护动作方程:TIME _IEMAX _SEL(REFx_IEMAX p.u 0.9REFx _ IETH )2(IE p.u 0.9REFx_IETH )2名称参数备注1301 REF1 IETH110% Ifn最大连续励磁电流11302 REF2 IETH100% Ifn最大连续励磁电流21303 REF1 IEMAX180% Ifn顶值励磁电流11304 REF2 IEMAX100% Ifn顶值励磁电流11305 TIME IEMAX SEL10.0s强励时间1306 TC IE RED MAX-TH1.

12、00s励磁电流从顶值到最大连续运行值的时间常数4 .过励保护：超过限制线5%，延时2秒保护动作。名称参数备注902STARTIE5.0%励磁电流限制实际值与监视器特性之间的裕度，MONITOR以额定励磁电流Ifn的百分数表示.如果励磁电流超过该裕度，励磁过流监视动作.903DLYIE2.0s过流监视器的启动延时延时结束发励磁过流1MONITORING段报警信号OC1_EXC_CURR (10905), 指示励磁电流限制器在所设延时内未能奏效，切换到手动控制。五定子电流限制1. 该限制器用于防止发电机定子绕组过热，在过励和欠励侧均有效。2. 定值取105%ln , 160%ln 最大值延时10秒

13、。3限制器动作时间1s，拉回到限制线105%ln 。4.保护动作方程：2丄(I MATH EQUIVALENT p.u 0.9REFx I MATH) “仃 ,_IIIX/AIt2TIME I EQUIVALENT(I p.u 0.9REFx I MATH )名称参数备注1401 REF1 I MACH TH105% In最大连续运行定子电流11402 REF1 I MACH TH100% In最大连续运行定子电流21403IMACHEQUIVALENT160% In等效定子电流1404TIMEIEQUIVALENT10.0s等效定子电流时的延时1405 TC I MACH RED1.00s从

14、顶值返回最大连续运行值的时间常数六.手动方式励磁电流限制1 查阅发电机 V型曲线见附录 3:发电机在超前 0.95长期运行时，对应不同功率时的励 磁电流值如下：发电机功率励磁电流励磁电流标么值(Sbase=1120MVA)(lbase=5272A )2109 P=01822A34.5%2110 P=25%1822A34.5%2111 P=50%2050A38.9%2112 P=75%2722A51.6%2113 P=100%3400A64.5%2.手动运行范围：取 2105 LLREF MANUAL 34%；2106 HLREF MANUAL 110%。七发电机的调差发电机在机端与其他发电机并

15、列时需要解决无功功率在并列机组之间合理分配问题时，或当需要提高主变高压侧电压精度时，采取调差技术。调差率一般设置在发电机额定电流下的8%左右。发电机-变压器组结构中变压器提供了正调差10% 15%，为了提高变压器高压侧电压精度，可以将励磁调节器的调差设置为 负数，使总的调差率调整到 8%左右。发电机并列点的无功调差率Xc 一般为3%左右,对发电机变压器组 AVR的负调差系数为 D=Xc/sin -Xt1 发电机的调差(ABB):我厂 #1、2、3、4 机的调差为-2%,cos =0.9, sin =0.436。我厂 #5、6 机的调差为-4%, cos 0=0.9 ,sin =0.436。2

16、变压器参数：2.1 335MW机组主变变压器号短路电压基准容量归算到发电机侧备注#113.10%360MVA12.8%见铭牌#213.10%360MVA12.8%#314.38%360MVA14.65%#416.70%360MVA17.02%22 600MW机组主变变压器号短路电压基准容量归算到发电机侧备注#512%250MVA11.65%见铭牌#612%250MVA11.65%2.3 1000MW 机组主变变压器号短路电压基准容量归算到发电机侧备注#717.7%380MVA17.4%见试验#817.7%380MVA17.4%报告3调差率的整定对于单元机组，高压侧的调差为7.6%左右。对于#3

17、机组，调差为14.65%-7.6%=7.05%(实际为2%)对于#4机组，调差为17.02%-7.6%=9.42%(实际为2%)对于#5机组，调差为11.6%-7.6%=4%(实际为4%）对于#6机组，调差为11.6%-7.6%=4%(实际为4%）对于#7机组，调差为17.4%-7.6%=9.8%对于#8机组，调差为17.4%-7.6%=9.8%为此将#78机的调差调整到10%,负调差。4.发电机电压率的计算是以 Qn为额定的，而附加调差系数是以 Sn为额定，以便于核算补偿变 压器电抗的百分值.发电机附加调差系数计算公式：D XC/1 COS 2 - XT八.发电机转子过电压保护F02 （跨接

18、器的触发单元 UNS 0017a-P Var.1 ）过电压触发模块： V1000 （1200-2400 ，每 200V 为一级；2600V , 2800V ）过电压非标准触发模块：V1000 （3000V , 3200V , 3400V , 3600V , 3800V ）汽轮发电机采用实心转子，电力系统短路故障、发电机异步运行或非同期合闸等异常状 态下产生的转子过电压倍数约2 S3倍的额定励磁电压值。#7发电机额定励磁电压 501V （计算值），DL/T650-1998大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件4.19.1.1要求：工频耐压试验标准为发电机额定励磁电压大于500V时，2倍额定励磁

19、电压加 4000V，即2 X501+4000=5002V ，取5000V。日立公司提供 GEE-2006-0081发电机试验报告：发电机转子耐压试验电压为5120V ,1min。DL/T650-1998大型汽轮发电机自并励静止励磁系统技术条件5.5.5要求：汽轮发电机励磁系统如装设发电机转子过电压保护装置，则应简单可靠，动作值应高于强励后灭磁和异步运行时的过电压值，应低于转子绕组出厂工频耐压试验幅值的70%，其容量可只考虑瞬时过电压。在强励状态下灭磁时发电机转子过电压不应超过6倍额定励磁电压值，应低于转子过电压保护动作电压。(1) 发电机转子过电压保护按70%转子绕组出厂工频耐压试验幅值整定。

20、lop V 70% X5120=3584V(2) 发电机转子过电压保护按躲过在强励状态下灭磁时发电机转子过电压。lop 6 X50仁3006V发电机转子过电压保护定值设定为3200V。九.起励一般情况下，UNITROL 5000可实现残压起励。电子控制回路能够正常工作所需的整流桥输入电压仅为约 10V s20V。如果电压低于该值，首先使用残压起励，连续触发可控硅 整流桥，以二极管整流桥模式将电压升至该范围。如果因长期停机等原因造成在几秒钟时间内无法用残压建立起正常工作所需的10V 20V电压，则启用备用起励回路 (-R03 , -V03 ,-Q03 ),用它励方式建立这一电压。当机端电压达到发

21、电机额定电压的10%时(本次设定为 30% ),整流桥已能接管励磁 控制，起励自动退出 100ms后，软起励过程开始并将发电机电压升到预定水平。整个起励 过程的控制和监测都是由 AVR软件实现的。为此设定：304 FLASH OFF LEVEL 30%305 FLASH MAX TIME 5.0s311 t FIREALL FLASH 9.0s整个起励过程最长为 10s，如大于此时间将启动系统跳闸。1915 SOFTSTART RAMP 15.0s，从40%额定电压升到 100%额定电压将有 9秒时间。十、励磁变压器温度保护整定1 根据#7机励磁变压器安装和维护手册P28 :变压器风扇的运行寿

22、命为 30000小时，不能一直运行。仅在需要时投入，平时使用空 冷。因此启动风扇的温度应躲过变压器额定运行时的温度。2 根据励磁变的试验报告：变压器的绝缘等级为 F。根据我国的相关标准，绝缘系统温度为155度，最高温升为100K。3 经现场检查，对#7机励磁变温度报警问题分析如下：3.1本次报警为励磁调节器发出：励磁调节器设定为报警80度，跳闸温度110度。现场温控器测量为约80度，当温度超出则发报警。此外在调节器逻辑中有温度变化率闭锁，不会 出现因测温元件开路引起的误跳闸。3.2在变压器柜北侧本体端子箱内有温度控制器，其中启动变压器风扇温度130度，报警温度140度，跳闸温度155度。与变压

23、器出厂试验报告相同。现温度仅80度，不会启动通风。温度控制器输出一报警接点、一跳闸接点，同时送到保护C屏，无任何延时出口跳闸。建议增加时间继电器。3.3与调试人员联系，确认通风回路良好。3.4在此情况下，可以适当提高励磁调节器中变压器的报警温度和跳闸温度。3.5 修改励磁调节器的励磁变温度保护定值报警温度为140度跳闸温度为155度即：1022 TRTEMP DEG ALARM 140 C1023 TRTEMP DEG FAULT 155 C1024 TEMP SENSOR TYPE PT100 THERMISTOR同时经变送器U22 ( X35 : 6-56 )将4-20mA，对应0-150

24、 C的信号传送到 DCS。卜一、发电机绕组温度整定暂定DCS计算方法不一致的问题。在三期工程中，出现励磁调节器转子温度计算方法和 在四期工程中明确两端的计算方法和公式。UNITROL 5000 转子温度计算公式：待定十二、励磁临时电源整定根据ZDSQ-DQ-FCR-O44设计变更单：“原70 ( 80)BBA19备用回路改为开机励磁变试验电源ZRC-YJV-8.7/10kV , 3 X185 , 180m ”。供两台机使用。CT: 300/5A , RCS9622C1 .励磁变参数S=3 X2700kVAU=27kVUd%=11%Ie=173A2 .短路电流计算不计算电缆阻抗。2.1短路阻抗计

25、算励磁变 Z=11% X272/8.1=9.9 Q;高备变阻抗：Z=17.3% X10.5 2/68=0.28Q2.2励磁变低压侧短路电流计算(3)Ik2) =10.5/(1.732 x(9.9+0.28 ) =0.595kA，即 595A2.3励磁变高压侧短路电流计算.11000卄lk/=21.15kA ，即 21150A2.6 1.732 10.53 .变压器速断保护查阅发电机短路曲线，在发电机短路试验时，发电机电流达到额定电流时，励磁电流约3400A。由于短路试验针对发变组的，励磁电流取1.2 X3400=4080倍。归算到交流侧 12=0.8161 d=0.816 X4080=3329

26、A 。归算到励磁变高压侧：Ii= I 2/ (27/0.91 ) = 3329/ (27/0.91 ) =112A。3.1变压器速断保护按躲过变压器低压侧短路整定：Iop1=1.3 X595=773.5A ，取 800A，动作时间取 0.05s。3.2变压器速断保护按躲过变压器励磁涌流整定：由于施加的电压小于变压器额定电压，在变压器空载合闸时的励磁涌流较小，励磁涌流倍数取3倍额定电流。Iop2=3 X173=519A ，动作时间取 0.05s。综上，电流速断保护取 800A，对应二次电流为800/ (300/5 ) =13.3A，取13A，动作时间取0.05s，动作于跳闸。4 变压器过流保护变

27、压器过流保护按变压器低压侧两相短路有灵敏度整定：Iop=595 X0.866/1.5=343.5A，取 360A，对应二次电流 6.0A，动作时间取 0.4s，动作于跳闸。5 .变压器过负荷保护变压器过负荷保护按躲过短路试验最大励磁电流整定：Iop=1.3 X112=145A , 取150A ,对应二次电流 2.5A ,小于变压器额定电流，动作时间取1.0s，动作于报警。6. 接地保护取20A，对应二次电流1A，考虑谐波对保护的影响，动作时间取0.3s，动作于跳闸。7 .负序保护取40%变压器额定电流，0.4 X173=69.2A ，对应二次电流 1.14 A，取1.2A，考虑谐波 对保护的影响，动作时间取0.3s，动作于跳闸。十三其他问题1. 根据DL/T8436.4.11，大型汽轮发电机“励磁调节器不宜采用恒无功调节和恒功率因数调节方式”，退出恒无功调节和恒功率因数调节方式。2. 最小励磁电流限制主要用于水轮发电机组深度进相，故在此汽轮发电机组退出最小励磁电流限制。3. 根据运行要求和保护原理，发电机