基于發(fā)電的低勵(lì)限制以及磁力消失計(jì)算的配合探討

鄭 丹

（國網(wǎng)四川省電力公司廣安供電公司，四川 廣安 638500）

通常情況下，在發(fā)電機(jī)的發(fā)電系統(tǒng)裝置中，其勵(lì)磁系統(tǒng)中專門設(shè)置有相應(yīng)的低勵(lì)限制功能結(jié)構(gòu)，對于發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的這一結(jié)構(gòu)裝置，通常意義上又多稱為是P/Q限制器，在進(jìn)行發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的低勵(lì)限制情況計(jì)算分析時(shí)，多使用如下（1）或者是下（2）所示的方程式進(jìn)行計(jì)算應(yīng)用。而在發(fā)電機(jī)設(shè)備中繼電保護(hù)結(jié)構(gòu)裝置中，對于發(fā)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行過程中磁力消失情況的計(jì)算評價(jià)與分析，則多是根據(jù)發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)的靜穩(wěn)極限阻抗圓進(jìn)行計(jì)算分析，其中發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)極限阻抗圓也被稱作異步阻抗圓。根據(jù)上述發(fā)電機(jī)發(fā)電系統(tǒng)中兩種指標(biāo)因素的不同計(jì)算評價(jià)方法，在進(jìn)行發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中低勵(lì)限制的計(jì)算評價(jià)中，多將發(fā)電機(jī)的低勵(lì)限制整定在R-X坐標(biāo)系中進(jìn)行整定計(jì)算和分析評價(jià)；而在進(jìn)行發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)中磁力消失情況的計(jì)算分析時(shí)，則是將磁力消失情況整定在P-Q坐標(biāo)系中進(jìn)行計(jì)算分析與評價(jià)實(shí)施，因此，就造成了發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制以及磁力消失計(jì)算的整定配合不能在同一坐標(biāo)系中進(jìn)行，必然也就導(dǎo)致對于發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制與磁力消失計(jì)算的整定配合計(jì)算存在不合理的情況，本文將就此對其整定配合進(jìn)行分析論述。

1 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)阻抗圓在P-Q坐標(biāo)系的映射分析

根據(jù)上述發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制以及失磁保護(hù)各自的整定配合計(jì)算情況，為了實(shí)現(xiàn)對于發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制與失磁保護(hù)的合理整定配合與計(jì)算評價(jià)，就需要將發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置中對于失磁保護(hù)的整定計(jì)算與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中低勵(lì)限制功能的整定計(jì)算相互統(tǒng)一，也就是將發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置中對于失磁保護(hù)的異步阻抗圓整定計(jì)算形式，映射到發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中對于低勵(lì)限制的整定計(jì)算坐標(biāo)系中，即實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)阻抗圓在P-Q坐標(biāo)系的映射反映，具體過程如下。

假設(shè)發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的阻抗圓圓心為（0，X0），阻抗圓半徑為R0，那么，對于阻抗圓動作區(qū)域內(nèi)的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)情況，可以用下列方程（3）進(jìn)行表示，結(jié)合發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)阻抗圓中的已知條件情況，通過代入計(jì)算后可以將方程（3）轉(zhuǎn)化為下列方程（4）。

在上示方程（4）中，P、Q、U、I分別表示的是以發(fā)電機(jī)的額定功率以及額定定子線電壓作為基本值，所產(chǎn)生的有功功率以及無功功率、定子線電壓值、定子線電流值等。

由于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的計(jì)算判斷是根據(jù)發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限阻抗圓或者是發(fā)電機(jī)異步阻抗圓進(jìn)行的，因此，進(jìn)行發(fā)電機(jī)阻抗圓在P-Q坐標(biāo)系中的映射分析，需要從發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)是采用靜穩(wěn)極限阻抗圓以及異步阻抗圓兩個(gè)方面進(jìn)行分析考慮。

首先，發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)如果使用靜穩(wěn)極限阻抗圓進(jìn)行計(jì)算判斷，那么根據(jù)發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限阻抗圓的特點(diǎn)，有下列公式（5）所示關(guān)系，經(jīng)化簡轉(zhuǎn)換后可得到公式（6）。

而對于隱極的發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限阻抗圓來講，則有下列公式（7）所示關(guān)系，在代入公式（6）后可得如下公式（8）所示關(guān)系結(jié)果。

在上示公式（8）中，Xe、Xd分別表示的是系統(tǒng)電抗標(biāo)幺值以及發(fā)電機(jī)直軸同步不飽和值的標(biāo)幺值。公式（8）就實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)以靜穩(wěn)極限阻抗圓進(jìn)行計(jì)算評價(jià)中，R-X坐標(biāo)系向P-Q坐標(biāo)系的映射轉(zhuǎn)換，在上述計(jì)算公式中，發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限阻抗圓的圓心為（0，（Xd-Xe）U2/（2XdXe）），圓的半徑 R為（Xd+Xe）U2/（2XdXe），發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的動作區(qū)域在阻抗圓的外部。

其次，如果發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)采用異步阻抗圓進(jìn)行計(jì)算判斷，根據(jù)異步阻抗圓特點(diǎn)公式（9），在根據(jù)發(fā)電機(jī)異步阻抗圓的已知關(guān)系條件后，經(jīng)代入轉(zhuǎn)換可得關(guān)系公式（10）。

上述公式（10）則實(shí)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)異步阻抗圓中對于失磁保護(hù)的R-X坐標(biāo)系計(jì)算判斷向P-Q坐標(biāo)系的計(jì)算判斷映射轉(zhuǎn)換，其中，該圓圓心為（0，-（Xd+0.5X＇d）U2/（XdX＇d）），圓的半徑為（Xd-0.5X＇d）U2/（XdX＇d），發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)動作區(qū)在阻抗圓內(nèi)。

2 基于發(fā)電的低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合計(jì)算

根據(jù)上述內(nèi)容，如下圖1所示，為發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限阻抗圓與異步阻抗圓映射在P-Q坐標(biāo)系中曲線效果示意圖。

圖1 發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)圓以及異步阻抗圓映射在P-Q坐標(biāo)系中曲線示意圖

根據(jù)上圖可知，發(fā)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行過程中，一旦出現(xiàn)磁力消失或者是低勵(lì)情況時(shí)，發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)表現(xiàn)為首先越過靜穩(wěn)極限阻抗圓然后到達(dá)異步阻抗圓，這就表明發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制計(jì)算判斷中靜穩(wěn)極限阻抗圓的靈敏度要比異步阻抗圓的靈敏度要高，因此，在進(jìn)行發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制與磁力消失計(jì)算的整定配合上，不管發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置中失磁保護(hù)是采用靜穩(wěn)極限阻抗圓還是采用異步阻抗圓進(jìn)行計(jì)算判斷，在進(jìn)行發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)中低勵(lì)限制的整定計(jì)算中，要想實(shí)現(xiàn)兩者的合理整定計(jì)算，就需要與發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的靜穩(wěn)極限阻抗圓進(jìn)行整定配合計(jì)算考慮。根據(jù)對于發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)以及低勵(lì)限制的整定配合計(jì)算要求，其整定配合計(jì)算步驟如下。首先，進(jìn)行以發(fā)電機(jī)的基本電抗作為基值的發(fā)電機(jī)阻抗標(biāo)幺值與系統(tǒng)阻抗標(biāo)幺值，同時(shí)，根據(jù)上示公式（6）進(jìn)行基于P-Q坐標(biāo)系的發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限阻抗圓推算；其次，根據(jù)工程現(xiàn)場的實(shí)際情況，對于上述步驟中計(jì)算的靜穩(wěn)圓結(jié)果在留取一定的儲備系數(shù)情況，通常儲備系數(shù)的留取以靜穩(wěn)圓圓心以及半徑的0.9倍為主；最后，根據(jù)所計(jì)算求得的靜穩(wěn)圓結(jié)果以及發(fā)電機(jī)的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)值，按照統(tǒng)一比例，繪制在P-Q坐標(biāo)系中，根據(jù)靜穩(wěn)圓與發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)值、直線P=PN三條曲線結(jié)果與Q負(fù)半軸相交區(qū)域，則可確定出發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制的方程結(jié)果。

結(jié)語

總之，本文所論述的對于發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制與磁力消失計(jì)算的整定配合方法，是針對于發(fā)電機(jī)低勵(lì)限制與失磁保護(hù)整定配合計(jì)算中不合理情況所提出的一種適用于實(shí)際工程的整定配合計(jì)算方案，對于該方案以及過程的分析論述，具有積極的參考作用和價(jià)值意義。

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