UNITROL6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制整定方法探討

林躍 許偉 王麗麗

摘 ?要：某電廠進(jìn)相試驗(yàn)時(shí)，出現(xiàn)低勵(lì)限制提前整定值動(dòng)作的情況，影響發(fā)電機(jī)組進(jìn)相能力的發(fā)揮。文章通過分析UNITROL6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制控制原理、動(dòng)作特性，探討了UNITROL6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制的整定原則，提出了考慮動(dòng)作特性的優(yōu)化整定方法，解決了發(fā)電機(jī)組進(jìn)相能力不能充分發(fā)揮的問題，可為使用同類型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的電廠整定低勵(lì)限制定值提供參考。

關(guān)鍵詞：低勵(lì)限制;UNITROL6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器;進(jìn)相能力;整定方法

中圖分類號(hào)：TM621.3 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-4706（2021）12-0080-04

Abstract： During the leading phase operation test of a power plant， there is an action for the value of under excitation limit is set in advance， which affects the leading phase capability of the generator set. Based on the analysis of the control principle and action characteristics of the under excitation limit of the UNITROL6800 excitation regulator， this paper discusses the setting principle of the under excitation limit of the UNITROL6800 excitation regulator， and puts forward the optimal setting method considering action characteristics， which solve the problem that the leading phase capability of generator set can not be brought full play， and can provide a reference for setting the value of under excitation limit in power plants using the same type of excitation regulator.

Keywords： under excitation limit; UNITROL6800 excitation regulator; leading phase capability; setting method

0 ?引 ?言

低勵(lì)限制是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器重要的輔助環(huán)節(jié)，其作用為防止發(fā)電機(jī)勵(lì)磁過低導(dǎo)致機(jī)組靜態(tài)穩(wěn)定性破壞和發(fā)電機(jī)定子端部鐵芯過熱[1-5]。某電廠進(jìn)相試驗(yàn)時(shí)，ABB UNITROL6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制提前于整定值動(dòng)作，且整定值與動(dòng)作值偏差過大，嚴(yán)重影響了發(fā)電機(jī)組進(jìn)相能力的發(fā)揮，因此有必要對(duì)該型的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制原理、動(dòng)作特性進(jìn)行研究，合理整定定值。文中通過分析UNITROL6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制控制原理、動(dòng)作特性，提出了考慮動(dòng)作特性的優(yōu)化整定方法，該方法保證了低勵(lì)限制動(dòng)作值盡可能接近機(jī)組進(jìn)相能力曲線，最大程度地發(fā)揮機(jī)組的進(jìn)相能力。

1 ?低勵(lì)限制動(dòng)作特性與控制原理

經(jīng)過多次低勵(lì)限制靜態(tài)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同運(yùn)行工況下UNITROL6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制動(dòng)作時(shí)的比例積分微分控制器（proportion integral derivative， PID）的輸出值基本是在[0.001，0.004]區(qū)間內(nèi)，該型的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制動(dòng)作特性是：當(dāng)PID輸出值在[0.001，0.004]區(qū)間內(nèi)時(shí)，低勵(lì)限制器動(dòng)作，動(dòng)作后，無(wú)功功率被限制回低勵(lì)限制的設(shè)定值，并保持穩(wěn)定。

式中：KR6i為低勵(lì)限制器的穩(wěn)態(tài)增益，可設(shè)置為1或0.5;Gain為低勵(lì)限制的動(dòng)態(tài)校正增益;Q為發(fā)電機(jī)吸收的實(shí)際無(wú)功功率，單位p.u.;P為發(fā)電機(jī)發(fā)出的實(shí)際有功功率，單位p.u.;U為發(fā)電機(jī)實(shí)際的機(jī)端電壓，單位p.u.;Q（P）為當(dāng)前有功功率下的低勵(lì)限制無(wú)功功率整定值，單位p.u.;Q2為在非額定電壓下修正后的低勵(lì)限制無(wú)功功率設(shè)定值，單位p.u.;Xd、Xq為發(fā)電機(jī)d軸、q軸同步電抗不飽和值，單位p.u.。

從式（1）可以看出低勵(lì)限制動(dòng)作時(shí)的PID輸出值OPID與機(jī)端電壓、無(wú)功功率、有功功率、低勵(lì)限制穩(wěn)態(tài)增益有關(guān)。

2 ?UNITROL6800低勵(lì)限制整定方法

2.1 ?傳統(tǒng)的低勵(lì)限制整定方法

根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，低勵(lì)限制曲線可以根據(jù)發(fā)電機(jī)允許進(jìn)相程度和電力系統(tǒng)實(shí)際要求的進(jìn)相程度來(lái)整定[6，7]。UNITROL 6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制定值由6組有功和無(wú)功組成，所有定值采用標(biāo)幺值形式，以發(fā)電機(jī)額定容量SN為基準(zhǔn)。在計(jì)算低勵(lì)限制曲線整定值時(shí)，只能改變無(wú)功功率部分?jǐn)?shù)值，有功部分是0至1平均分配的6組數(shù)據(jù)，無(wú)法修改。

對(duì)于大型火力發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，開展進(jìn)相試驗(yàn)時(shí)，一般在有功工況分別為發(fā)電機(jī)的額定有功功率PN的100%、80%、60%的情況下進(jìn)行，而低勵(lì)限制曲線的有功功率定值是額定容量SN的100%、80%、60%、40%、20%、0%，與進(jìn)相試驗(yàn)的有功功率不相符，因此需要通過插值法計(jì)算出低勵(lì)限制整定值[8]。如果進(jìn)相試驗(yàn)時(shí)，機(jī)組在額定有功功率PN的100%、80%、60%的進(jìn)相深度分別為Q100%P、Q80%P、Q60%P，低勵(lì)限制曲線在視在功率的100%、80%、60%、40%、20%、0%時(shí)的定值分別為Q6、Q5、Q4、Q3、Q2、Q1，首先根據(jù)試驗(yàn)工況中100%PN、80%PN的連接線計(jì)算低勵(lì)限制的無(wú)功定值Q6和Q5，計(jì)算方法為：

由于UNITROL 6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制只能修改無(wú)功定值，有功定值無(wú)法修改，因此整定的低勵(lì)限制曲線會(huì)與發(fā)電機(jī)進(jìn)相能力曲線不完全匹配。

2.2 ?優(yōu)化的低勵(lì)限制整定方法

如果考慮到UNITROL 6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制整定值與實(shí)際動(dòng)作值存在一定的偏差，通過上述整定方法開展整定計(jì)算，會(huì)存在不同程度地限制發(fā)電機(jī)組進(jìn)相能力發(fā)揮的情況，因此現(xiàn)有的低勵(lì)限制整定方法存在局限性。

為了保證低勵(lì)限制實(shí)際的動(dòng)作曲線與進(jìn)相能力曲線一致，最大限度發(fā)揮發(fā)電機(jī)進(jìn)相能力，依據(jù)發(fā)電機(jī)進(jìn)相能力曲線可以通過式（2）到式（5）計(jì)算出6個(gè)無(wú)功功率定值作為動(dòng)作值，再根據(jù)UNITROL 6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制動(dòng)作PID輸出表達(dá)式轉(zhuǎn)換成低勵(lì)限制定值，轉(zhuǎn)換公式可以通過式（1）推導(dǎo)出，轉(zhuǎn)換公式為：

式中：OPID取0.002 5（PID輸出值范圍的平均值）;P、Q、U分別取進(jìn)相試驗(yàn)時(shí)的有功功率、無(wú)功功率、機(jī)端電壓的實(shí)際值，單位p.u.;KR6i為低勵(lì)限制器的穩(wěn)態(tài)增益，可設(shè)置為1或0.5;Xd、Xq為發(fā)電機(jī)d軸、q軸同步電抗不飽和值，單位p.u.。

3 ?案例分析

3.1 ?事件經(jīng)過

某電廠#3機(jī)組在100%、80%、60%有功功率的工況下開展進(jìn)相試驗(yàn)時(shí)，均出現(xiàn)了低勵(lì)限制提前動(dòng)作的情況。#3機(jī)組有功功率1 000 MW工況下，進(jìn)相最深度為-7.3 MVar，調(diào)整有功至1 000 MW，無(wú)功至151.4 MVar，逐步減磁，但低勵(lì)限制動(dòng)作值為-1.7 Mvar。其他工況下也出現(xiàn)了類似情況：800 MW下進(jìn)相最深度為-127.0 MVar，低勵(lì)限制動(dòng)作值為-94.2 MVar;600 MW下進(jìn)相最深度為-216.0 MVar，低勵(lì)限制動(dòng)作值為-179.9 MVar。試驗(yàn)結(jié)果表明，低勵(lì)限制提前動(dòng)作，限制了機(jī)組進(jìn)相能力的充分發(fā)揮。

3.2 ?發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)

某電廠發(fā)電機(jī)技術(shù)參數(shù)如下：SN=1 166.7 MVA，P=1 000 MW，U=27 kV，cosφ=0.9，Xd=2.227 4，Xq=2.205 5，勵(lì)磁方式為靜止自并勵(lì)，額定轉(zhuǎn)速n=3 000 r/min，額定勵(lì)磁電壓Uf=470.8 V，額定勵(lì)磁電流If=5 210 A。

3.3 ?低勵(lì)限制定值優(yōu)化分析

由于發(fā)電機(jī)組進(jìn)相試驗(yàn)有功工況與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制有功定值不一致，因此需要根據(jù)式（2）到式（5）計(jì)算出低勵(lì)限制6個(gè)有功功率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率值，將該值作為低勵(lì)限制的整定值?？紤]到UNITROL 6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制整定值與實(shí)際動(dòng)作值存在一定的偏差，根據(jù)進(jìn)相試驗(yàn)時(shí)機(jī)端電壓的實(shí)際值，此時(shí)的無(wú)功定值、OPID輸出范圍，利用式（1）分別推算出6個(gè)有功定值對(duì)應(yīng)的無(wú)功功率值，將該值作為整定值下的實(shí)際動(dòng)作值，計(jì)算結(jié)果如表1所示，圖2是發(fā)電機(jī)組進(jìn)相能力與通過公式計(jì)算出的低勵(lì)限制動(dòng)作曲線。

由表1、圖2可以看出，用傳統(tǒng)的整定方法計(jì)算出的整定值與機(jī)組進(jìn)相能力曲線接近，但推算出的結(jié)果表明不同有功功率下低勵(lì)限制均提前于進(jìn)相能力曲線動(dòng)作，這與實(shí)際進(jìn)相試驗(yàn)出現(xiàn)的情況一致，可以驗(yàn)證出式（1）完全符合低勵(lì)限制的控制原理，可用于低勵(lì)限制無(wú)功定值對(duì)應(yīng)的實(shí)際動(dòng)作值的推算。

為解決機(jī)組進(jìn)相能力不能充分發(fā)揮的情況，根據(jù)優(yōu)化的整定方法對(duì)低勵(lì)限制定值進(jìn)行優(yōu)化，將利用傳統(tǒng)的整定方法計(jì)算出的Q整定值作為動(dòng)作值，通過轉(zhuǎn)換式（6）計(jì)算出優(yōu)化后的低勵(lì)限制定值。計(jì)算結(jié)果如表2所示，圖3是發(fā)電機(jī)組進(jìn)相能力與低勵(lì)限制優(yōu)化后的動(dòng)作曲線。

經(jīng)電網(wǎng)調(diào)度控制中心許可，再次開展進(jìn)相試驗(yàn)驗(yàn)證低勵(lì)限制定值優(yōu)化后的效果，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，低勵(lì)限制實(shí)際動(dòng)作值接近進(jìn)相能力曲線，滿足誤差要求，試驗(yàn)過程中監(jiān)視發(fā)電機(jī)電壓、500 kV母線電壓、10 kV廠用母線電壓、功角、定子鐵芯溫度、磁屏蔽溫度等參數(shù)，滿足安全運(yùn)行要求，且有較大裕度，低勵(lì)限制定值優(yōu)化后的效果保證了發(fā)電機(jī)進(jìn)相能力的充分發(fā)揮。

4 ?結(jié) ?論

本文通過分析UNITROL6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制控制原理、動(dòng)作特性，探討了UNITROL6800型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制的整定原則，提出了考慮動(dòng)作特性的優(yōu)化整定方法，最后通過案例驗(yàn)證了提出的優(yōu)化整定方法的正確性和實(shí)用性。試驗(yàn)結(jié)果表明采用該方法整定低勵(lì)限制定值可以解決發(fā)電機(jī)組進(jìn)相能力不能充分發(fā)揮的問題，可為使用同類型勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的電廠整定低勵(lì)限制定值提供參考。

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作者簡(jiǎn)介：林躍（1994—），男，漢族，山東鄒城人，助理工程師，碩士，研究方向：發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)備檢修維護(hù);許偉（1982—），男，漢族，山東鄒城人，工程師，本科，研究方向：發(fā)電廠電氣專業(yè)技術(shù)管理;王麗麗（1995—），女，漢族，黑龍江哈爾濱人，助理工程師，本科，研究方向：發(fā)電廠集控運(yùn)行。