本文格式為Word版，下載可任意編輯——發電機的勵磁限制與保護的協同整定發電機的勵磁限制與保護的協同整定

§1發電機運行功率圓與限制

發電機運行功率圓又稱“安全運行極限〞或“P、Q圖〞，下面圖1為ABB勵磁廠家說明書的發電機功功率圖，經常用到的三個限制：

1）2）3）

轉子發熱限制；定子發熱限制；低勵限制。

圖1ABB勵磁說明書中的發電機功功率圖

實際發電機的運行功率極限圖下圖所示：

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圖2某600MW汽輪機組功率圖

§1.1轉子發熱限制

§1.1.1同步發電機的相量圖

同步發電機的電動勢相量圖如圖3所示

EqjIxqδφIU

圖3同步發電機的電動勢相量圖

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對△oab的每條邊分別乘以U／Xq，得功率三角形△OAB，并以O點為原點，引入直角坐標系，如圖3所示。從圖上可看出有以下關系成立：

PEqU/xqUIδφIU2/xqOAB

Q

圖4功率三角形

1)φ—OA與縱軸的夾角即為功率因數角；2）δ—發電機功角；

3)直角坐標系的第一象限是發電機的遲相(過勵)運行區，其次象限是發電機的進相(欠勵)運行區。

4)發電機機端電壓U保持不變，Xd為發電機同步電抗為常數，BA的長度正比于發電機電勢，也正比于勵磁電流Ifn。以B點為圓心，以BA為半徑作圓弧，此圓弧即為轉子發熱極限曲線。對應圖1中的“最大勵磁電流限制器〞。運行分析：

汽輪發電機額定運行時，定子電流I與勵磁電流均為額定值，一般其額定功率因數cosφ為0．85—0.9。此時，當欲調整發電機的運行參數，降低其功率因數(φ角增大)時，增發無功，勵磁電流I會增加，發電機的運行受到轉子發熱極限的限制。為了使轉子不過熱，則需降低定子電流，使發電機沿曲線AD運行，定子繞組未得到充分利用。反之，欲提高其功率因數(角減小)時，定子電流會超過額定值，發電機的運行受到定子發熱極限的限制，即圖1中的“欠勵、過勵側定子電流限制器〞，又稱“定子發熱限制〞。

§1.1.2ABB勵磁系統最大勵磁電流限制器原理

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限制器有兩個限制值：一個是強勵頂值電流限制值，另一個是連續運行允許的過熱限制值。與過熱限制值關聯的兩個控制參數分別是轉子等效加熱時間和轉子等效冷卻時間。

限制器的參數和功能框圖見圖5。

圖5ABB勵磁系統限制器的參數和功能框圖

同步發電機正常運行過程中（無限制器動作），最大勵磁電流限制器的限制值是強勵頂值電流限制值Imax，即AVR可以在必要時提供強勵頂值電流。在系統故障需要強行勵磁來排除故障時，假使勵磁電流的實際值超出過熱限制值，調理器就會起動一個剩余功率積分器，將電流偏差值Δi2（其中Δi=Ifield-Itherm）對時間積分，其結果正比于勵磁繞組的加熱能量。假使勵磁電流持續高于過熱限制值，那么積分器的輸出∫Δi2dt=ΔE將會增加。當積分器的輸出值超過ΔEmax時，最大勵磁電流限制器的限制值將從Imax降低到Itherm。上述工作由過熱檢測器完成。當勵磁電流降到正常值Itherm以下后，剩余功率積分器啟動反向冷卻積分，按冷卻時間常數Tcooling降低其輸出。

§1.2定子發熱限制

§1.2.1定子發熱限制原理

UI即視在功率，其在縱軸上的投影即為發電機的有功功率P，在橫軸上的投影即為發電機的無功功率Q；發電機維持為機端電壓U不變，圖3中的OA的長度也就正比于定子電流I，當發電機在額定工作狀態時，以O點為圓心，以OA為半徑作圓弧（實際上進行了修

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正）即圖1中的“欠勵、過勵側定子電流限制器〞，此圓弧即為定子發熱極限曲線。運行分析：

第一象限的運行狀況，為了使定子不過熱，則需降低轉子電流，使發電機沿曲線FCA運行，轉子繞組未得到充分利用。若只考慮發電機繞組發熱的限制，發電機可沿曲線OA為半徑的圓弧運行，達到cosφ=1點，即與P軸相交點，此時發電機輸出的有功功率會達到額定有功功率的1．176(1／0．85)倍。由于受到發電機的原動機(汽輪機)最大安全輸出功率的限制，發電機實際只能沿直線修正后的圓弧運行，也就是說與與P軸相交點為Pmax/U,一般小于Pn/cosφn/Un。

其次象限的的運行狀況。汽輪發電機在其次象限的運行狀態是進相運行狀態，從理論上講發電機是可以進相運行的。但在實踐中，由于勵磁電流的降低，可能會導致發電機失去靜穩，發電機端部發熱增加，廠用電下降等，也就進入了圖1中的“無功限制（P、Q限制）〞，又稱低勵限制。

§1.2.2ABB勵磁系統定子電流限制器原理

該限制器用于防止發電機定子繞組過熱，在過勵和欠勵側均有效。其工作原理與最大勵磁電流限制器的工作原理相像。主要區別在于定子電流限制器沒有一個確鑿的最大定子電流限制值，當時間趨于零時，限制值理論上可趨于無限大（Imax=?）。通過適當的參數整定，可以得到接近于定子繞組最大允許熱能ΔEmax的反時限特性。

圖6