國能神皖池州發(fā)電有限責(zé)任公司 王文棟

1 各種PT 一次保險(xiǎn)慢熔判別技術(shù)研究

1.1 雙通道電壓比較判別法

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)用PT 系統(tǒng)產(chǎn)生一次保險(xiǎn)慢熔時(shí)，在辨別的過程中主要分為雙通道、零序電壓、負(fù)序電壓等。其中，雙通道是一種為了確保機(jī)組運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性的系統(tǒng)配置形式。在具體運(yùn)用的過程中，會(huì)使用兩套調(diào)節(jié)器完成互相檢驗(yàn)和實(shí)時(shí)追蹤。若系統(tǒng)運(yùn)行正常，兩條通道會(huì)同時(shí)投入，一主一備，在主通道異常時(shí)，則會(huì)通過切換至備用通道進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

在使用過程中，電壓信號(hào)主要來自PT 系統(tǒng)。一般來講，當(dāng)PT 系統(tǒng)一次側(cè)產(chǎn)生了保險(xiǎn)慢熔，則采集的電壓幅值會(huì)逐步下降，一旦數(shù)值信息顯示電壓情況與備用電壓采樣值的差額大于目標(biāo)設(shè)定數(shù)值，則說明主通道電壓小于備用通道電壓，且差異十分明顯，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷產(chǎn)生了PT 一次保險(xiǎn)慢熔異常情況，然后發(fā)出預(yù)警信號(hào)，并切換通道完成持續(xù)運(yùn)行，以此保障系統(tǒng)的使用，為企業(yè)正常運(yùn)行提供保障[1]。

1.2 機(jī)端電壓與同步電壓比較判別法

結(jié)合當(dāng)前數(shù)據(jù)來看，在使用雙通道電壓辨別技術(shù)的過程中，雖然能夠有效地強(qiáng)化PT 系統(tǒng)一次保險(xiǎn)慢熔辨別質(zhì)量，但是由于會(huì)受到元件性能、溫度等因素的影響，因此，還需要繼續(xù)進(jìn)行優(yōu)化才能夠滿足實(shí)際運(yùn)用需求。結(jié)合當(dāng)前來看，勵(lì)磁系統(tǒng)采集的發(fā)電機(jī)電壓的數(shù)值一部分來自PT 端口，一部分主要來自勵(lì)磁變影響下的同步電壓。為有效解決PT一次保險(xiǎn)慢熔過程中單一方法使用的局限性，強(qiáng)化比較數(shù)據(jù)水準(zhǔn)，要求應(yīng)該在以上技術(shù)型方法運(yùn)用的基礎(chǔ)上，通過比較機(jī)端電壓以及同步電壓的方式強(qiáng)化辨別質(zhì)量。

工作時(shí)，先將通道內(nèi)部的機(jī)端電壓與同步電壓測量值進(jìn)行對(duì)比，若二者的差值超出前期的設(shè)定值，則說明此時(shí)通道內(nèi)部產(chǎn)生了PT 系統(tǒng)一次保險(xiǎn)慢熔，需要及時(shí)進(jìn)行信號(hào)預(yù)警，隨后，切換備用通道完成后續(xù)運(yùn)行，確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與安全性，進(jìn)一步強(qiáng)化雙通道電壓比較辨別的整體水準(zhǔn)[2]。

1.3 負(fù)序電壓判別與參數(shù)設(shè)定法

1.3.1 負(fù)序電壓閾值設(shè)定

從辨別原理的角度來看：在設(shè)備勵(lì)磁系統(tǒng)PT產(chǎn)生一次保險(xiǎn)慢熔問題時(shí)，電壓幅值會(huì)逐漸下降，這就導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部的調(diào)節(jié)器在采集三相電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生不平衡的情況，使系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)負(fù)序電壓。此時(shí)由于系統(tǒng)并未產(chǎn)生其他的故障情況，因此勵(lì)磁系統(tǒng)的三相電流信號(hào)整體處于平衡狀態(tài)，說明實(shí)際系統(tǒng)中負(fù)序電壓應(yīng)接近于零，沒有對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。但是若是調(diào)節(jié)器發(fā)現(xiàn)負(fù)序電壓數(shù)值嚴(yán)重超過或者低于設(shè)定值，則說明PT 系統(tǒng)產(chǎn)生了一次保險(xiǎn)慢熔，這也是當(dāng)前辨別方式中最為常見的一種形式。

實(shí)際工作中，使用負(fù)序電壓進(jìn)行判斷。前期準(zhǔn)備階段，結(jié)合需要確定使用反時(shí)限或定時(shí)限，二者的區(qū)別主要涉及負(fù)序電壓的閾值、動(dòng)作時(shí)間兩方面。使用反時(shí)限時(shí)，先分析高壓側(cè)保險(xiǎn)是否產(chǎn)生了慢熔情況以及電壓是否出現(xiàn)波動(dòng)，判斷慢熔是否會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性下降，影響電網(wǎng)平衡。

隨后，按照最高值進(jìn)行定時(shí)限處理，計(jì)算系統(tǒng)所采集電壓數(shù)值、參數(shù)設(shè)定值的差值，相關(guān)公式如下：UAB-Uab＞5V、UBC-Ubc＞5V、UCA-Uca＞5V，其中，UAB、UBC、UCA是指三相電源中利用勵(lì)磁系統(tǒng)采集到的PT 二次測電壓數(shù)值，并根據(jù)各相分解得到的負(fù)序電壓分量。Uab、Ubc、Uca則為預(yù)定的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)定值。通常情況下，負(fù)序電壓判斷需要使用反時(shí)限技術(shù)，在具體工作中，對(duì)勵(lì)磁電流限制反時(shí)限曲線進(jìn)行了系統(tǒng)化研究，保證了閾值設(shè)定的科學(xué)性與合理性。

1.3.2 閉鎖PT 慢熔判別

若是設(shè)備所接入電網(wǎng)存在相間故障或接地故障，則有可能使系統(tǒng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生負(fù)序電壓且電壓數(shù)據(jù)逐漸上升。因此，在進(jìn)行系統(tǒng)PT 慢熔辨別的過程中，應(yīng)該有效規(guī)避以上問題，需要通過閉鎖出口的形式加以解決。

某次巡檢變電站設(shè)備時(shí)，筆者發(fā)現(xiàn)一臺(tái)存在閉鎖PT 慢熔故障的設(shè)備，此故障導(dǎo)致PT 的保護(hù)功能失效，可能對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響。為了分析閉鎖PT 慢熔故障，技術(shù)人員選取了一座變電站的一臺(tái)PT 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。該P(yáng)T 的額定電壓為110kV，額定電流為100A，實(shí)驗(yàn)中，技術(shù)人員先測試了PT處于正常工況時(shí)輸出電壓、電流的波形數(shù)據(jù)，隨后，基于PT 的繞組上加熱器展開了慢熔測試，如實(shí)記錄不同溫度下的輸出電壓和電流的波形數(shù)據(jù)。通過對(duì)正常工況、慢熔狀態(tài)下的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出了以下結(jié)論：正常工況下，PT 的輸出電壓和電流波形穩(wěn)定，沒有明顯的異常；慢熔狀態(tài)下，PT 的輸出電壓和電流波形出現(xiàn)了明顯的變化，電壓波形的峰值下降，電流波形的峰值也有所下降。

在此基礎(chǔ)上提出判別閉鎖PT 慢熔方法：測試正常工況下的PT，記錄輸出電壓和電流的波形數(shù)據(jù)；對(duì)PT 進(jìn)行慢熔測試，記錄不同溫度下的輸出電壓和電流的波形數(shù)據(jù)；分析正常工況、慢熔狀態(tài)下的波形數(shù)據(jù)，觀察電壓和電流波形的變化，如果發(fā)現(xiàn)慢熔狀態(tài)下電壓波形的峰值下降，電流波形的峰值也有所下降，則判斷PT 存在慢熔故障。公司在其他變電站進(jìn)行了類似的測試，發(fā)現(xiàn)該方法能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)、判別閉鎖PT 慢熔故障，使電網(wǎng)的安全運(yùn)行得到保障?，F(xiàn)階段該判別方法已得到推廣。

1.3.3 發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)不平衡度影響

對(duì)于發(fā)電機(jī)來講，由于結(jié)構(gòu)不同且電網(wǎng)情況有所差異，因此在運(yùn)行的過程中出口電壓幾乎難以達(dá)到三相平衡。GB/T15543-2008《三相電壓允許不平衡度》要求此種環(huán)境下的電壓不平衡度控制范圍應(yīng)該在2%左右，并且短時(shí)間內(nèi)的不平衡度不可以超過4%。此要求是指在任何一個(gè)時(shí)間段都不能夠超過限制，這樣才能確保繼電保護(hù)和設(shè)備運(yùn)行的水準(zhǔn)達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。若是不平衡度數(shù)據(jù)在1%以下，則閾值設(shè)定不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，而若是不平衡度較大，甚至超過了1%，則需要通過調(diào)整判據(jù)閾值的形式進(jìn)行處理，減少不平衡度影響。

1.3.4 通道切換不引起發(fā)電機(jī)失穩(wěn)

系統(tǒng)PT 保險(xiǎn)出現(xiàn)一次慢熔的過程中，若達(dá)到通道切換條件，系統(tǒng)執(zhí)行調(diào)節(jié)器通道切換，會(huì)導(dǎo)致機(jī)端電壓出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)的快速下降，勵(lì)磁電壓快速下降，甚至出現(xiàn)階級(jí)跳躍的情況。若是影響較小，機(jī)端電壓波動(dòng)一段時(shí)間后逐漸穩(wěn)定，若是數(shù)據(jù)變動(dòng)情況超過3%，則很容易受到發(fā)電機(jī)自身情況以及調(diào)節(jié)量超標(biāo)等情況的影響，使發(fā)電機(jī)出現(xiàn)失穩(wěn)情況。一旦發(fā)電機(jī)處于電網(wǎng)末端，則可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)振蕩運(yùn)行，甚至失磁保護(hù)誤動(dòng)的不利情況，進(jìn)一步加大系統(tǒng)運(yùn)行的危險(xiǎn)隱患。因此需要做好科學(xué)調(diào)節(jié)，防止產(chǎn)生以上狀況[3]。

1.3.5 模擬仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)所選用勵(lì)磁系統(tǒng)包括勵(lì)磁變壓器、PT 一次保險(xiǎn)和勵(lì)磁控制裝置，先建立勵(lì)磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，再通過仿真計(jì)算，得到電壓和電流波形數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)方案：負(fù)序電壓法的邏輯如圖1所示，該方法強(qiáng)調(diào)先分析勵(lì)磁系統(tǒng)的電壓波形數(shù)據(jù)，再計(jì)算正序和負(fù)序電壓的幅值并比較差值，如果負(fù)序電壓的幅值超過設(shè)定的閾值，則判別為PT 一次保險(xiǎn)慢熔故障。參數(shù)設(shè)定法則需要根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)的特性和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定一組參數(shù)作為判別依據(jù)，比較實(shí)際測得的參數(shù)值和設(shè)定值，如果存在明顯偏差，則判別為PT 一次保險(xiǎn)慢熔故障。

圖1 負(fù)序電壓判別邏輯

此次模擬仿真實(shí)驗(yàn)得出以下結(jié)論：負(fù)序電壓法能夠通過分析電壓波形數(shù)據(jù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)PT 一次保險(xiǎn)慢熔故障，具有較高的準(zhǔn)確性。參數(shù)設(shè)定法可以通過比較實(shí)際參數(shù)值、設(shè)定值，發(fā)現(xiàn)PT 一次保險(xiǎn)慢熔故障，但相對(duì)于負(fù)序電壓法，該方法的準(zhǔn)確性和靈敏度較低。綜上，負(fù)序電壓法在判別勵(lì)磁系統(tǒng)PT 一次保險(xiǎn)慢熔故障方面具有較好的效果，電力公司可以采用該方法進(jìn)行故障的檢測和判別，保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

1.4 零序電壓判別法

零序電壓判別是指通過對(duì)PT 三角電壓數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，分析并對(duì)比零序電壓數(shù)據(jù)與中性點(diǎn)零序電壓的數(shù)據(jù)信息，若是監(jiān)測的過程中發(fā)現(xiàn)出口零序電壓的絕對(duì)值與前期設(shè)定的數(shù)據(jù)超過預(yù)期設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍，則說明此時(shí)產(chǎn)生了PT 慢熔情況。

1.5 其他判別方法

對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行來講，勵(lì)磁系統(tǒng)高壓側(cè)保險(xiǎn)電阻提升的主要原因包括保險(xiǎn)與底座接觸過程中的電阻逐漸提升，以至于系統(tǒng)調(diào)節(jié)器采集的電壓逐漸下降，此時(shí)會(huì)以平均值作為計(jì)算，機(jī)端電壓也會(huì)逐漸下降。而由于差值經(jīng)過調(diào)節(jié)之后導(dǎo)致觸發(fā)角度進(jìn)一步降低，以至于電壓電流逐漸提升，無功也隨之增加。為加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況的了解，技術(shù)人員選擇通過AVC進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)其超過預(yù)期控制值時(shí)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器會(huì)下達(dá)指令，與此同時(shí)調(diào)節(jié)器中的Ugref 會(huì)每次以0.3%的速度逐漸降低。

2 各種方法優(yōu)缺點(diǎn)比較

2.1 靈敏度比較

在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，受到調(diào)節(jié)器硬件等外在因素的影響，需要在使用勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的過程中進(jìn)行科學(xué)運(yùn)算，并確保所有涉及的電壓參數(shù)均為機(jī)端三相交流線電壓的平均數(shù)，這樣才能夠確保最終電壓計(jì)算的科學(xué)性與合理性。結(jié)合現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)來看，勵(lì)磁系統(tǒng)在進(jìn)行一次慢熔辨別的過程中，一般會(huì)將數(shù)據(jù)偏差設(shè)定為5%左右，一旦單相PT 一次保險(xiǎn)在慢熔的環(huán)境下出現(xiàn)異常情況，那么系統(tǒng)運(yùn)行過程中的電壓需要逐漸下降至15%以上才能夠進(jìn)行科學(xué)的判別。

結(jié)合當(dāng)前來看，若是按照負(fù)序電壓以及其他電壓變化分析技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)靈敏度研究，則此時(shí)的單相電壓比例與負(fù)序電壓變化整體呈現(xiàn)同步上升趨勢(shì)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在進(jìn)行閾值設(shè)定的過程中，會(huì)將其設(shè)計(jì)為5%左右，與之前相同，當(dāng)電壓下降到15%時(shí)，且硬件采用頻率能夠滿足精準(zhǔn)度，則以上辨別方法從靈敏度的角度來看無明顯差別，盡可以滿足實(shí)際運(yùn)行辨別工作需求。

2.2 可拓展性比較

勵(lì)磁系統(tǒng)在出現(xiàn)一次保險(xiǎn)慢熔的過程中，由于自身存在不確定性，因此極有可能在此過程中產(chǎn)生誤強(qiáng)力等情況，若是引發(fā)的問題較為嚴(yán)重，甚至可能會(huì)出現(xiàn)機(jī)組過激磁保護(hù)或者其他保護(hù)誤動(dòng)作。為有效強(qiáng)化PT 慢熔辨別的精準(zhǔn)度，減少以上異常情況的產(chǎn)生，需要科學(xué)地借助辨別技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展性研究。結(jié)合當(dāng)前情況來看，部分系列的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在使用的過程中可以在原有電壓數(shù)據(jù)辨別的同時(shí)引入電壓跌落分析，以此補(bǔ)充拓展性。然而PT 慢熔在發(fā)展的過程中不確定性較為嚴(yán)重，因此在設(shè)定方面難度較高。結(jié)合當(dāng)下來看，在進(jìn)行電壓跌落速率分析的過程中，通常會(huì)將數(shù)據(jù)設(shè)定為5pu/s，進(jìn)而完成初步判斷。而部分系列的調(diào)節(jié)器在進(jìn)行邏輯設(shè)定的過程中則引入了負(fù)序電壓反時(shí)限進(jìn)行可拓展研究。

具體工作中，技術(shù)人員在原有5%的設(shè)定基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)動(dòng)作、延時(shí)等方式完成慢熔判斷。此種形式在使用的過程中應(yīng)充分分析不平衡度對(duì)定值規(guī)劃的影響，并按照我國不平衡度相關(guān)要求進(jìn)行分析，防止出現(xiàn)閾值設(shè)置不當(dāng)而引發(fā)的錯(cuò)誤判斷情況。

3 結(jié)語

總而言之，勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)組重要的基礎(chǔ)設(shè)備，要減少故障的發(fā)生，就需要科學(xué)的進(jìn)行邏輯設(shè)定，以此實(shí)現(xiàn)慢熔辨別，幫助系統(tǒng)完成預(yù)警和處理，減少對(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響。與此同時(shí)，要強(qiáng)化辨別技術(shù)的使用，加強(qiáng)技術(shù)對(duì)比分析，選擇恰當(dāng)?shù)幕A(chǔ)形式完成辨別，確保最終辨別的精準(zhǔn)度，為相關(guān)行業(yè)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。