陳 俊，張琦雪，吳 龍，嚴(yán) 偉，沈全榮

（南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇南京211102）

自并勵勵磁變壓器的電氣特征與一般變壓器有很大的差別，勵磁變壓器所接負(fù)載為三相整流橋，正常運行時，勵磁變壓器兩側(cè)電流中含有豐富的高次諧波，且諧波次數(shù)和諧波含量隨著發(fā)電機負(fù)荷的不同而變化，勵磁變壓器的差動不平衡電流較一般變壓器大[1]，差動保護定值整定時需考慮該不利因素。此外，由于種種原因?qū)е聞畲抛儔浩鞑顒颖Ｗo誤動的案例時有發(fā)生，且發(fā)電機差動保護能夠反映勵磁變壓器部分區(qū)內(nèi)短路故障，對于是否配置勵磁變壓器差動保護存在一定的爭議。分析一起勵磁變壓器差動保護誤動案例，結(jié)果表明電流諧波含量豐富并不是導(dǎo)致勵磁變壓器差動保護誤動的根源，不應(yīng)因此而摒棄勵磁變壓器差動保護。勵磁變壓器差動保護具有多年運行經(jīng)驗，合理整定其定值，可提高勵磁變壓器內(nèi)部短路故障檢測的靈敏度，尤其對于勵磁變壓器低壓側(cè)故障，其靈敏度要高于勵磁變壓器電流速斷保護。

1 勵磁變壓器差動保護誤動案例分析

2006年5月17日，浙江某電廠600 MW機組正常運行時，勵磁變壓器差動保護誤動作，該保護為進(jìn)口微機保護產(chǎn)品。勵磁變壓器差動保護動作時，保護裝置記錄的勵磁變壓器兩側(cè)電流波形見圖1。

圖1 勵磁變差動保護動作時的電流波形

圖 1 中，F(xiàn)1，F(xiàn)2，F(xiàn)3為勵磁變壓器高壓側(cè) A，B，C三相電流，F(xiàn)4，F(xiàn)5，F(xiàn)6為勵磁變壓器低壓側(cè) A，B，C 三相電流?？梢?，勵磁變壓器差動保護動作時，勵磁變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)A，C相電流均發(fā)生了嚴(yán)重畸變。

考慮到勵磁變壓器正常運行時兩側(cè)電流中的諧波含量比較豐富，且勵磁變壓器低壓側(cè)連接三相整流橋，低壓側(cè)的回路相對復(fù)雜，如圖2所示[2]，電廠的分析結(jié)論是勵磁變低壓側(cè)電流畸變，導(dǎo)致勵磁變壓器差動保護誤動，并因此而取消了勵磁變壓器差動保護，以電流速斷保護作為勵磁變壓器的主保護。

圖2 三相橋式整流器示意

由圖2可見，勵磁變壓器低壓側(cè)電流波形與整流橋的工作性能息息相關(guān)，整流橋換相失敗有可能產(chǎn)生類似畸變波形，因此初步分析可能是勵磁變壓器低壓側(cè)整流橋換相失敗引起。

圖3 勵磁變接線組別示意

為便于分析勵磁變壓器高、低壓側(cè)電流波形的關(guān)系，不妨假設(shè)勵磁變壓器為理想變壓器，且其變比已折算成1：1，則兩側(cè)三相電流關(guān)系如下：

假設(shè)換相瞬間完成，正常工作情況下，低壓側(cè)電流為120o方波，高壓側(cè)為階梯波。由錄波的波形看，重點看低壓側(cè)波形，整流橋在B相與C相換相期間發(fā)生換相失?。▓D4中的240o位置），有很短的一段時間，三相電流均為零。根據(jù)上述計算公式，可由低壓側(cè)電流波形推算出高壓側(cè)階梯波的波形，如圖4所示，當(dāng)?shù)蛪簜?cè)A，C兩相電流畸變時，高壓側(cè)三相電流均應(yīng)受到影響而發(fā)生畸變，而由圖1可見，保護裝置記錄的高壓側(cè)B相電流并未發(fā)生變化，實際波形特征與理論分析不一致。

圖4 由低壓側(cè)電流推算出的高壓側(cè)波形

此外，如圖2所示，三相整流橋換相失敗對勵磁變壓器差動保護而言，相當(dāng)于短時區(qū)外故障，不應(yīng)產(chǎn)生勵磁變差流，而由圖1所示保護裝置錄波數(shù)據(jù)可見，此時卻產(chǎn)生了較大的差動電流，因此可排除換相失敗導(dǎo)致勵磁變壓器差動保護動作的可能性。

勵磁變壓器差動保護動作時，由保護動作接點觸發(fā)故障錄波器錄下了當(dāng)時的波形，故障錄波器只引入勵磁變壓器高壓側(cè)三相電流，不記錄低壓側(cè)電流，故障錄波器錄下的勵磁變壓器高壓側(cè)三相電流波形如圖5所示。

圖5 故障錄波器記錄的電流波形

比較圖5和圖1所示勵磁變壓器高壓側(cè)電流波形，勵磁變壓器差動保護動作后，從勵磁變壓器高壓側(cè)電流降為0時刻向前推3個周波左右，保護裝置錄下的勵磁變高壓側(cè)A，C兩相電流波形發(fā)生了畸變，而此時刻故障錄波器記錄下的勵磁變高壓側(cè)三相電流沒有任何異常，兩者記錄的波形數(shù)據(jù)不一致。因此，可以判斷本次勵磁變壓器差動保護動作是由于保護裝置硬件短時采樣異常引起，勵磁變壓器差動保護動作時，勵磁變壓器兩側(cè)電流并未發(fā)生任何畸變，當(dāng)時的事故分析結(jié)論不正確，因此取消勵磁變差動保護是缺乏依據(jù)的。進(jìn)口保護設(shè)備均為單CPU硬件結(jié)構(gòu)，硬件異常易導(dǎo)致快速保護誤動，據(jù)了解，該型號保護裝置在國內(nèi)其他電廠已多次發(fā)生類似情況。

2 勵磁變壓器差動保護性能分析

勵磁變壓器由于其低壓側(cè)直接與整流橋相聯(lián)，兩側(cè)電流波形特征與常規(guī)變壓器有較大區(qū)別，波形諧波含量較高，但現(xiàn)場運行經(jīng)驗表明，只要采用合適的保護濾波算法、合理整理差動保護定值，勵磁變壓器差動保護可以取得比較好的運行效果。國內(nèi)絕大多數(shù)機組保護廠家均采用雙CPU硬件結(jié)構(gòu)，“與”門出口方式，可有效杜絕硬件異常導(dǎo)致的誤動。

勵磁變壓器工作時，由于強勵磁持續(xù)時間較長，兩側(cè)電流互感器（TA）特性差異大，勵磁變壓器差動電流不平衡值較大，一般建議差動啟動定值整定為0.5～0.8倍額定電流。

圖6為江蘇某137.5 MW機組勵磁變壓器高壓側(cè)區(qū)內(nèi)三相接地故障時的差流波形，故障時的短路電流較大，勵磁變壓器高壓側(cè)TA迅速飽和，勵磁變壓器差流波形嚴(yán)重畸變，勵磁變壓器差動保護比率判據(jù)可能由于諧波制動而無法動作，但勵磁變壓器差動速斷保護可以快速動作，本次故障勵磁變壓器差動速斷保護動作時間為10 ms。此外，由于勵磁變壓器的高壓側(cè)連接于發(fā)電機的機端，連接點在發(fā)電機差動保護的保護范圍內(nèi)，因此發(fā)電機差動保護也可以快速反映該故障。

圖6 勵磁變壓器高壓側(cè)內(nèi)部故障時的差流波形

由于勵磁變壓器的阻抗相對較大，勵磁變壓器低壓側(cè)發(fā)生短路故障時，短路電流比高壓側(cè)故障時要小得多，勵磁變壓器兩側(cè)TA電流能夠正確傳變，勵磁變比率差動保護可快速動作，動作時間一般為20～35 ms，而發(fā)電機差動保護對該故障的靈敏度是不滿足要求的，不能保證在此情況下可靠動作[3]。勵磁變壓器電流速斷保護一般按躲過發(fā)電機強勵條件整定，其優(yōu)點是接線簡單，且對TA的傳變要求較低，但其缺點是不能實現(xiàn)對所有勵磁變壓器內(nèi)部故障的快速保護[4]，尤其對于低壓側(cè)故障，電流速斷保護的靈敏度要遠(yuǎn)低于勵磁變差動保護。

與勵磁變壓器電流速斷保護相比，勵磁變壓器差動保護在內(nèi)部故障檢測的靈敏度以及保護動作的快速性方面具有明顯優(yōu)勢，現(xiàn)場有條件宜裝設(shè)勵磁變壓器差動保護。

3 結(jié)束語

（1）對于現(xiàn)場勵磁變壓器差動保護誤動原因分析，不應(yīng)放過任何疑點，更不應(yīng)在未查明原因的情況下否定勵磁變差動保護原理。

（2）勵磁變壓器差動保護在現(xiàn)場大量應(yīng)用，取得了豐富的運行經(jīng)驗，可提高內(nèi)部故障檢測靈敏度，尤其對于低壓側(cè)故障，其靈敏度遠(yuǎn)高于勵磁變壓器電流速斷保護。

（3）在進(jìn)行保護動作行為分析時，應(yīng)結(jié)合保護裝置錄波數(shù)據(jù)和故障錄波器錄波數(shù)據(jù)，保護動作接點啟動故障錄波器的功能有助于分析保護硬件故障導(dǎo)致誤動的情況，建議現(xiàn)場將動作接點引入故障錄波器。

[1]高春如.大型發(fā)電機變壓器組繼電保護的整定計算[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2]李基成.現(xiàn)代同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)設(shè)計及應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3]徐紹麟.工程實用勵磁變壓器保護方案探討[J].繼電器，2003，31（1）：34-38.

[4]吳篤貴.靜止勵磁系統(tǒng)保護配置方案[J].電力系統(tǒng)自動化，2005，29（19）：72-75.