自并励方式励磁变定值整定及常见问题分析

自并励方式励磁变定值整定及常见问题分析

曹少飞 张学峰

华能铜川照金煤电有限公司 .陕西铜川 .727100

摘要：针对近年国内自并励发电机组励磁变运行定值整定、启动试验中励磁变临时电源定值及二次回路中存在的常见问题及误区，对其原因进行分析探讨，提出可行性解决方案，并在实践应用中证明其合理性，同时并提出行之有效的解决方案，供检修维护人员参考。

关键词：励磁变定值；常见故障；；二次回路

0 引言

大型发电机组励磁方式多数采用自并励方式，如何保证其励磁系统运行的稳定性与安全性，成为各电厂关注的主要内容，本文结合某电厂励磁变运行定值整定、启动试验中励磁变临时电源定值及励磁系统常见问题进行分析，并提出行之有效的解决方案，并在实践应用中证明其合理性，有效的避免了励磁不安全事件的发生，为设备安全运行打下坚实的基础。

1 励磁变保护定值整定分析

1.1 案例简述

某发电厂励磁变保护2011年11月励磁变差动保护动作，2012年10月电流速断保护动作（差动保护功能退出），第二次故障后励磁变压器本体、发电机定子、发电机中性点等均受到不同程度的损坏，较第一次损坏严重，经对故障波形分析差动保护退出后保护动作时间比投入延长了16.535ms，断路器动作时间也随之延长了13.939ms，因此差动保护投入能更好的保护设备安全。

1.2 励磁变差动保护退出原因分析

自并励方式发电机组的励磁变保护一般均配置差动保护，但由于整流回路中晶闸管导通特性，决定了励磁变压器的负载为一非线性负载，从而导致了励磁变压器高低压侧电流中5次、7次、11次谐波，且远高于其他变压器，这些谐波叠加在高低压测电流中，从而造成测量误差，差动不平衡电流增大，可能存在差动误动性。《GB-T 14285-2006 继电保护和安全自动装置技术规程》4.2.23 规定，对自并励发电机的励磁变压器宜采用电流速断保护作为主保护。不建议投入励磁变差动保护，主要考虑的励磁变波形畸变、励磁变高低压侧TA特性不一致可能造成误动，因此部分电厂励磁变差动保护被退出运行。

1.3 励磁变差动保护配置方案分析

目前在运行的励磁变保护配置方案一般有两种，一是退出差动保护，将电流速断作为主保护；二是提高差动保护启动定值后与电流速断保护均投入。查阅近年多起励磁变保护误动案例分析多数为AD采样异常造成，运行经验表明，励磁变差动能在变压器低压侧接地故障、一次母排错接等故障下比电流速断保护具有明显优势，可更快速切除故障，减轻设备损坏程度。励磁变差动保护高、低压侧额定电流比值在4倍内，当励磁强励时高压侧CT一般不会饱和，只需将差动门坎值提高至（0.7-0.8）Ie即可避免两侧TA特性不一致。建议励磁变差动和速断保护均投入作为主保护。

1.4 励磁变保护整定建议方案

1）差动保护将差动门坎值提高至（0.7-0.8）Ie。

2）速断保护动作电流按最小方式下励磁变压器低压侧两相短路有一定灵敏度要求整定，灵敏度可取1.5，动作时间按躲过快速熔断器熔断时间整定取0.3s。

3）励磁变过流保护：过流保护作为励磁变后备保护，动作电流整定原则：按躲过强励时交流侧励磁电流整定；时限按躲过强行励磁时的暂态过程整定t＝0.6S；动作出口：全停。

4）建议新建机组励磁变采用用单相变压器。

2 励磁变临时电源定值整定分析

2.1 励磁变临时电源简述

励磁变电源引接自发电机机端封闭母线，在进行发电机空载试验、短路试验时，机端无法提供励磁电源，通常由高压厂用段（6kV或10kV）的备用间隔取一路临时励磁电源接至励磁变高压侧，临时电源的电压等级与励磁变的电压等级存在一定的差异，最终导致定值设置过大，事故时保护拒动，因此，对励磁变临时电源的保护合理配置及保护定值的准确整定显得非常重要。

2.2 励磁变临时电源整定注意事项

自并励机组启动试验时，由于励磁变临时电源电压远远低于正常运行额定电压，空载合闸时铁芯磁通远未达到饱和，因此所需励磁电流小于正常值，也不会产生励磁涌流。例励磁变临时电源接于6kV厂用电源时，运行电压仅为发电机额定电压22kV的27%，因此主磁通也只有额定主磁通的27%，变压器的剩磁一般为稳态运行主磁通的20-30%，这种情况下剩磁一般仅为额定主磁通的（5.4%-8.1%），几乎无励磁涌流。

2.3 励磁变临时电源保护整定建议方案

1）励磁变临时定值核算可参考文献【1】中对参数收集、临时电源电压、临时电源容量、临时电源开关间隔选取方法有详细介绍，本文不在叙述。

2）速断保护整定：临时电源间隔采用真空断路器，动作电流按照躲过低压侧三相短路整定，无须考虑励磁涌流影响，可靠系数取1.2，动作时限t1 = 0 s。

3）过流保护：动作电流按保证励磁变低压侧两相短时灵敏度不低于2的原则整定 ，无须考虑励磁涌流影响，动作时限取t2 = 0.3s。

4）过负荷计算：过负荷按照短路试验最大励磁电流下能可靠返回的条件整定，Krel可靠系数取1.05；Kr为返回系数取0.9。动作时限取t3= 10 s，发信或跳闸。

5）接地保护的整定：设置零序过流保护，定值按照高压厂用6 kV 母线接地电流整定，经短时限跳闸。

3 励磁二次回路常见问题分析

3.1初励回路外置闭锁继电器问题

目前南瑞电控励磁初励电源退出有两种方式可实现：一是调节器起动初励后，调节器检测到机端电压达到设定值（一般是20%机端额定电压），或初励动作时间达到8秒后，初励控制返回，退出初励。二是初励控制回路串接的外置闭锁电压继电器动作，退出初励。该继电器一般安装在灭磁开关柜内，继电器为电压继电器，一般整定为30V左右，设置该继电器是为防止励磁调节器控制初励退出接点故障后导致初励电源与整流柜输出电源并列运行，可能引起电源互串，初励回路整流模块若被击穿，则会将交流电源串入转子直流母排中，造成严重后果。近年部分电厂认为初励外置闭锁继电器配置多余，励磁调节器可实现初励退出功能，将该外置继电器功能退出运行。

建议方案：为确保励磁系统安全可靠运行，应将该外置继电器功能接入初励控制回路中，确保励磁建压正常后及时退出初励电源。

3.2转子电压高绝缘电缆误区

国能安全[2014] 161号《防止电力生产事故的二十五项重点要求》中11.2.2条提出转子正、负极电压的电缆应选用高绝缘电缆，本厂转子接地保护集成在发变组保护装置中，已将原低绝缘电缆更换为高绝缘电缆（型号ZR-YJVP，阻燃-铜芯交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套信号电缆，22-1.8/3kV 4*4mm2）。但在更换过程中多数电厂只更换从励磁柜端子排至发变组保护柜之间电缆，未更换励磁直流正、负极至励磁柜端子排及其它相关回路电缆，发变组保护柜内也面临同样问题，导致高绝缘电缆存在短板区域，未达到更换的目的。

建议方案：转子电压高绝缘电缆敷设应从转子正、负极开始至最终接入设备之间所有电缆统一进行更换，部分励磁系统、发变组保护柜内的内部线生产厂家制造时已使用高绝缘电缆，更换柜内前可先联系设备厂家核实确定。

4 结论

本文通过对励磁变励磁变运行定值整定、启动试验中励磁变临时电源定值整定及励磁二次回路等常见问题的分析探讨，坚持以解决生产现场实际问题为出发点，提出相应的可行性解决方案，并在实践应用中证明其合理性，可供励磁检修维护人员参考。

参考文献

【1】兀鹏越 陈少华，自并励机组励磁试验电源的选择及保护定值计算，第二届全国发电厂电气专业技术交流研讨会论文集，2012；