火電機組網源協調重要參數整改問題研究

（國網江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096）

0 引言

2012年國家電網公司開展了并網機組網源協調專項核查工作，針對某省200 MW及以上火電機組的涉網參數進行了核查，通過核查，發現存在發電機組轉子過負荷綜合能力、定子過負荷綜合能力、調差系數定值不滿足相關國家標準和行業標準的要求。這些問題不僅直接危及發電機組的安全運行，也威脅到電網的安全穩定運行。因此各發電企業應對核查發現的問題開展整改。

1 轉子過勵限制與過負荷保護的配合問題

1.1 轉子過勵限制整定存在的問題及整改建議

在核查的機組中發現部分機組的過勵限制曲線定值過低，束縛了發電機的過勵能力。以某660 MW火電機組過勵限制曲線為例，如圖1所示，可以看出機組勵磁限制的裕度保留過大，束縛了機組的過勵能力[1]。

圖1 某660 MW機組過勵限制曲線整定偏低

同時在核查中又發現部分機組的過勵限制定值高于國家標準，超出了發電機能力。以某600 MW火電機組過勵限制曲線為例，如圖2所示，可以看出機組過勵限制定值超出發電機過勵能力，不利于機組安全。

圖2 某600 MW機組過勵限制曲線整定偏高

整改建議：

1）根據國標《GB/T 7064—2008隱極同步發電機技術要求》：發電機的轉子繞組承受2.09倍額定勵磁電流不少于10 s。同時規定，隱極發電機轉子過電流能力應滿足下列規定：

式中：I為轉子電流標幺值，pu；t為持續時間，s。

2）同時根據《DL/T 843—2010大型汽輪發電機勵磁系統技術條件》規定過勵限制整定的一般原則：勵磁系統頂值磁場電流為2倍時持續時間不低于10 s，可以求出過勵限制過熱時間常數值：

1.2 轉子過負荷保護整定存在的問題及整改建議

在所核查機組中，部分轉子繞組過負荷保護反時限動作特性與轉子繞組允許的過熱特性相同，但是如果按照這種方法，發電機將受到損傷。原因是轉子繞組過負荷保護動作后，轉子繞組中的電流衰減到0還需要較長的時間，這與定子繞組過負荷保護動作后，定子電流很快到0截然不同，而且在轉子繞組中的電流衰減過程中累積的這些發熱量必然導致發電機轉子受損。所以轉子繞組過負荷保護反時限動作時間定值必須略小于發電機轉子過負荷能力數值。如果過負荷保護定值過大，則不能起到對機組的保護作用；如果過小，會嚴重束縛發電機的轉子過勵能力，會導致機組過早跳機，不利于機組和系統的安全穩定運行。

另外，部分機組轉子繞組過負荷保護與勵磁過勵限制不協調，主要體現在：過勵限制曲線高于轉子過負荷保護定值曲線，或者過勵限制曲線與轉子過負荷保護定值曲線有交點。

整改建議：轉子繞組過負荷保護必須與勵磁調節器過勵限制、轉子過負荷能力定值形成合理級差。以隱極發電機轉子過負荷能力過熱時間常數33.75為基準，上述過勵限制推薦過熱時間常數定值為30。轉子過負荷保護過熱時間常數推薦定值為32.4。

1.3 轉子過勵限制、過負荷保護整改原則

整改原則：轉子過勵限制、過負荷保護、過負荷能力整定應相匹配，并形成合理級差。過勵限制應先于發電機轉子過負荷保護動作，而發電機轉子過負荷保護應略小于國標規定的過負荷能力特性[2]。經過整改后的某600 MW機組整定定值如表1所示。從實測結果來看，本機組經過整改后，勵磁系統過勵限制能夠先于轉子過負荷保護動作，從而證明轉子過勵限制、過負荷保護、過負荷能力級差整定合理。

表1 某600 MW機組過勵限制及轉子過負荷保護反時限定值整定表（整改后）

整改效果舉例：2014年5月10日，我省某600 MW機組由于電壓互感器高壓保險熔斷但仍存在感應電壓下，勵磁系統發生多次強勵，造成無功和勵磁電流顯著增加，轉子過勵限和V/H z限制及時動作，避免了機組轉子過負荷保護動作而導致的跳機事件的發生。

2 定子過流限制與過負荷保護的配合問題

2.1 相關技術標準

《GB/T 7409.3—2007同步電機勵磁系統大、中型同步發電機勵磁系統技術要求》規定：自動電壓調節器可裝設定子電流限制功能。在勵磁調節器中設置定子電流限制功能，當系統發生事故定子電流升高時，可以起到限制定子電流升高、避免因電流過大切除發電機組，充分發揮發電機組對電網的支撐作用，為源網協調運行提供保障。

定子過負荷能力反時限定值的整定依據為：

對于汽輪發電機，GB/T 7064—2008《隱極同步發電機技術要求》規定：容量在1 200 MVA及以下的發電機，定子繞組允許的過電流時間與過電流倍數之間的關系由下式決定：

對過負荷引起的發電機定子繞組過電流，應按《DL/T 684大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》裝設定子繞組過負荷保護：

1）定子繞組非直接冷卻的發電機，應裝設定時限過負荷保護，保護接一相電流，帶時限動作于信號。

2）定子繞組為直接冷卻且過負荷能力較低（例如低于1.5倍、60 s），過負荷保護由定時限和反時限兩部分組成。

定時限部分：動作電流按在發電機長期允許的負荷電流下能可靠返回的條件整定，帶時限動作于信號，在有條件時，可動作于自動減負荷。

反時限部分：動作特性按發電機定子繞組的過負荷能力確定，動作于停機。保護應反應電流變化時定子繞組的熱積累過程，不考慮在靈敏系數和時限方面與其他相間短路保護相配合[3]。

2.2 定子過流限制與過負荷保護存在的問題及整改建議

汽輪發電機定子過電流限制整定推薦值：

參照轉子過勵限制的整定原則，也可以得出公式：

與轉子過負荷保護定值整定原則類似，定子過負荷保護也應與定子過流限制、定子過負荷能力形成合理級差。以定子過負荷能力過熱時間常數37.5為基準，過勵限制為33.33，定子過負荷保護則為37.5×32.4/33.75=36。經過整改后的某600 MW機組整定定值如表2所示。從實測結果來看，本機組經過整改后，勵磁系統定子過電流限制能夠先于定子過負荷保護動作，從而證明定子過流限制、過負荷保護、過負荷能力級差整定合理。

表2 某600MW機組定子過流限制及定子過負荷保護反時限定值整定表（整改后）

3 調差系數整定存在的問題及整改建議

當前300 MW以上的機組絕大多數是單元接線，這樣的機組應該采用負調差，以補償部分升壓變壓器電抗，從而提高機組對電網無功的支撐能力，有利于電力系統穩定。但是通過調查發現，有部分大型機組采用零調差，從而限制了發電機無功發出（吸收）能力。整改建議：根據《DLT843—2010大型汽輪發電機勵磁系統技術條件》中的附錄C《電壓調差率的整定原則》，勵磁調節器附加調差系數可以參照以下公式進行整定：

附加調差系數=并列點調差系數（0.05-0.10）。

式中：UK%為變壓器短路電壓百分比，%；UBN為變壓器低壓側額定電壓，kV；SBN為變壓器視在容量，kVA；UN為發電機額定電壓，kV；SN為發電機視在容量，MVA；UTX為變壓器的抽頭電壓。

以某660 MW機組為例，機組參數為：

則附加調差系數＝0.07-0.1421×730/720×538.125/525＝-0.077，最后整定為-0.07。

在整定調差系數時需注意：

1）同型號機組掛在同一母線上，調差系數建議整定相同值。

2）針對部分國外廠家（如ABB）生產的勵磁調節器，其調差系數極性定義與國內廠家相反，整定時務必注意極性，并完成調差系數極性校核試驗。

3）一般來說，針對單元接線的機組（即一臺機對應一臺主變），調差系數應整定為負值，用來補償主變短路阻抗所產生的壓降；而擴大單元接線機組（即多臺機組對應一臺主變），調差系數應整定為正值，用來維持母線電壓及機組間無功分配穩定[4]。

4 結語

1）本文根據網源協調重要參數核查工作中遇到的發電機轉子過勵限制、轉子過負荷保護、轉子過負荷能力以及定子過電流限制、定子過負荷保護、定子過負荷能力之間的協調配合方面存在的問題，提出了相應的整改建議。實測結果表明：本文提出的整改建議能夠使發電機轉子過勵限制、轉子過負荷保護、轉子過負荷能力以及定子過電流限制、定子過負荷保護、定子過負荷能力之間的協調配合能夠形成合理的級差，從而保障了機組及電網的安全運行。

2）本文根據部分機組調差系數整定不合理的問題提出了調差系數的整定原則，并舉例說明了整定方法。

3）網源協調重要參數整改完成后，應結合機組檢停修機會完成實測試驗。通過該試驗可實際驗證機組勵磁系統限制和繼電保護能否協調配合。