1、0引言随着“3060”双碳目标的推进，新型电力系统得以迅速发展，以风、光、储为主要发电模式的新能源厂站和区域得到快速建设。由于受地理、环境、气候、季节等自然因素的影响，新能源发、送电存在随机性强、波动性大等客观实际问题，导致电源输送端无功需求变化大，电压支撑薄弱，从而引起了不同程度的稳定性问题，制约了新能源电源的送出和消纳。各种研究表明，相比于SVC、STATCOM等传统电力电子型无功补偿设备，分布式调相机响应速度快，过电压抑制能力最佳，兼具很好的低电压补偿能力1-2，同时具有分布广、集成度高、运行灵活等优点，可有效解决新能源区域无功支撑和稳定性不足的问题，因此，在新能源区域，分布式调相机得到
2、广泛应用。调相机性能的充分发挥，需要在励磁、调变组保护等二次设备的合理调节和保护下实现。本文将介绍一起典型新能源区分布式调相机失磁保护动作的案例，从励磁调节过程、调变组失磁保护动作情况等方面分析动作机理，提出励磁与调变组保护之间配合的优化建议，从而提升调相机抑制过电压的能力。1现场主接线及结构1.1调相机主接线调相机容量50 Mvar，机端出口电压10.5 kV，经过调相机主变升压后接至35 kV母线，再经新能源区主变升压后接至220 kV母线，最终接入电网。其结构和主接线为典型新能源区分布式调相机的电气结构，其中主接线如图1所示。1.2机组及励磁系统参数调相机变压器组及励磁系统主要电气参数如
3、表1所示。分布式调相机失磁保护动作分析及思考李继平苏家财姚宇飞李飞高尚（南京南瑞继保电气有限公司，江苏 南京 211100）摘要：在介绍一次分布式调相机失磁保护动作情况的基础上，分析分布式调相机励磁系统工作机理、分布式调相机在新能源区域抑制过电压的能力以及失磁保护的工作原理，同时针对目前分布式调相机失磁保护在定值整定方面的不足，提出了相应的改进建议。关键词：分布式调相机；失磁保护；励磁系统；整定配合中图分类号：TM341文献标志码：A文章编号：1671-0797（2023）18-0040-03DOI：10.19514/32-1628/tm.2023.18.010图1调相机主接线示意图设计与分析
4、Sheji yu Fenxi40单位MVAkV参数名称额定容量系统侧额定电压参数值5035Mvar额定无功50额定机端电压10.5kV负载额定励磁电流 Ifn705A1.3调相机励磁系统控制模式调相机励磁系统具备电压环和无功复合环运行模式。当系统处于稳态时，可通过人工投入的方式投入无功复合环，无功复合环叠加在电压环输入环节，在系统稳态时起到缓慢调节无功功率的功能，可控制机组的无功功率运行在目标值附近。励磁系统控制原理如图2所示，由图可见，无功复合环增益Kq取0.2，而电压主环增益Kp一般大于30，故无功复合环调节属于慢速调节，远低于主环调节速度。1.4调变组保护配置机组配置调相机变压器组保护（
5、下称“调变组保护”）A屏、B屏、C屏，保护配置全面，其中包含调相机失磁保护。2失磁保护动作分析2.1动作过程调相机处于并网运行状态，初始阶段，机组与系统处于稳定状态，励磁系统运行于无功复合环控制模式，电压目标值为9.432kV，无功目标值为-3.825Mvar，调相机实际运行功率为-3.85 Mvar。异常阶段，励磁系统依然运行于无功复合环控制模式，电压目标值为9.497 kV，无功目标值为-3.825 Mvar，但调相机实际运行功率在逐步降低，当无功功率下降至-6.5 Mvar时，调变组保护装置失磁保护段动作，跳开并网断路器和灭磁开关，随即调相机停机。2.2励磁系统调节过程分析调取励磁调节器
6、录波，从波形看，在异常发生阶段，励磁系统的励磁电流呈下降趋势，对应调相机无功功率也逐步降低，可见，励磁电流和调相机无功功率的变化趋势一致。但同时发现，系统侧PT电压、调相机机端调节PT电压均呈现同步上升的趋势，这与励磁调节的方向相反，故可以判断，调相机无功功率下降的调节，并非励磁系统主动调节，而是根据系统侧的变化进行的对应调节。也就是说，本次异常过程，是系统侧首先出现电压上升，由于调相机与系统相连，故机端电压随之上升，当机端电压大于给定值后，励磁系统会降低励磁电流，试图将机端电压拉回给定值附近，但由于系统侧容量远大于机组容量，故励磁电流和无功功率将持续下降，虽然励磁系统运行于无功复合环控制，但
7、无功调节仅用于稳态的慢速调节，无法在动态下快速跟踪给定值，故无功功率持续下降，直至失磁保护动作。励磁调节过程波形如图3所示。2.3问题与分析在分析过程中，发现以下问题：2.3.1失磁特征问题一般地，失磁保护的特征表现为系统电压低、机表1机组及励磁系统主要电气参数图2调相机励磁系统控制原理图Sheji yu Fenxi设计与分析41端电压低、励磁电压低、无功功率低，但是本次失磁保护动作过程中，系统电压和机端电压呈现上升趋势，不符合失磁保护动作特征和条件。查看失磁保护定值，失磁段投入、失磁段退出；失磁段低电压判据未投，逆无功功率百分比整定为11%（-5011%=-5.5 Mvar），失磁动作时间为
8、1.5 s。由此可见，现场实际工况满足失磁段定值整定的动作条件，但未能正确匹配调相机的运行工况。调相机实际在通过降低无功功率发挥抑制系统过电压的功能，但是未能充分发挥，无功仅降至额定值的11%即被保护跳开，可见失磁保护定值整定存在缺陷。2.3.2励磁无功低励限制与失磁保护配合问题本次失磁保护动作过程中，励磁调节器无功低励限制未动作，而失磁保护直接先动作，不符合两者配合原则。查看励磁调节器定值，无功低励限制定值为-30 Mvar，动作时间为1 s，由此可见，无功低励限制定值远低于失磁保护定值，不符合配合原则。2.4思考及建议2.4.1失磁保护定值整定建议参照文献3，失磁保护段应根据实际情况并经专
9、业评估后选择是否投入，同时规定，当正常运行且调相机深度进相时，若调相机机端电压低于额定电压的95%，失磁段宜退出。故失磁段是否投入，应该根据新能源厂站的实际需求进行评估。实际上，由于分布式调相机需要发挥抑制新能源区域过电压的能力，故建议退出失磁段，投入失磁段。失磁保护应投入母线电压或机端电压判据。参照文献3，逆无功功率百分比应根据调相机最大进相能力进行整定，查阅进相试验数据，调相机最大进相深度为-43 Mvar，考虑安全系数，建议取值-35 Mvar。2.4.2无功低励限制与失磁保护配合建议当调相机运行于深度进相时，无功低励限制器应先动作，将调相机无功功率限制回安全范围。如果限制器动作后异常工
10、况继续发展，至保护动作值后，调变组保护再动作跳闸4-5。故无功低励限制定值应高于失磁保护，无功低励限制动作时间应小于失磁保护。励磁调节器无功低励限制的定值为-30 Mvar，动作时间为1 s，故当失磁保护无功功率百分比整定为70%（-35 Mvar），动作时间整定为1.5 s或2 s，即可满足配合原则。3结论分布式调相机在新能源区域需要发挥抑制过电压的能力，故失磁保护整定应按照调相机进相运行需求进行整定，且失磁段是否投用，需要专业评估。同时，失磁保护定值整定还应结合进相能力的数据，与励磁无功低励限制形成配合，以便在保障机组安全的前提下，充分发挥调相机的功能。参考文献1 索之闻，李晖，张锋，等.
11、高比例新能源直流送端系统分布式调相机优化配置J.电力系统保护与控制，2022，50（23）：133-139.2 刘炳辰.高比例新能源送出系统动态无功补偿方案研究D.北京：华北电力大学，2021.3 大型调相机变压器组继电保护整定计算导则：Q/GDW119522018S.4 同步发电机励磁系统技术条件：DL/T 8432021S.5 数字式励磁调节器辅助控制技术要求：DL/T 17672017S.收稿日期：2023-05-08作者简介：李继平（1982），男，江苏人，工程师，研究方向：发电厂控制保护、特高压直流输电、柔性交直流输电。图3励磁系统调节波形图设计与分析Sheji yu Fenxi42
