勵磁調節器PT回路故障后機端電壓變化分析

丁燁楠，余婷

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江天臺317200）

勵磁調節器PT回路故障后機端電壓變化分析

丁燁楠，余婷

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江天臺317200）

通過實際試驗、采樣等方法，結合相關安全自動裝置、繼電保護設備的動作特性以及勵磁調節器調節發電機機端電壓的特征，分析勵磁調節器PT在發生故障后發電機機端電壓的變化過程，用于比較勵磁調節器PT斷線保護設定的合理區間，減小PT斷線保護的動作死區，防止發電機因PT斷線故障停機。

PT斷線；勵磁調節器；機端電壓

1 引言

勵磁調節器通過配置在發電機機端的PT采集發電機電壓量信號。自動電壓調節模式下運行的勵磁調節器通過發電機機端電壓大小增減勵磁電流，實現發電機機端電壓的穩定控制。

PT回路原則上可以開路，其一次繞組與主接線是并聯關系，該回路出現故障并不直接危害主設備正常運行。但PT回路的損害會造成勵磁調節器電壓采樣輸入與真實值不符，從而導致勵磁調節器輸出的勵磁電流變化，最終引起發電機機端電壓異常。

2 PT回路故障后發電機機端電壓的變化范圍

首先，采樣回路故障的主要表現有一次繞組回路故障和二次回路故障。PT一次繞組發生故障時，若故障較為嚴重，PT的高壓熔絲會熔斷，從而斷開PT一次繞組與主設備聯系，防止故障范圍擴大。PT二次回路發生故障時，若故障較為嚴重，PT二次側的空氣開關會跳開，從而斷開PT二次回路防止事故范圍擴大。而發生輕微故障時，無論是在一次繞組或是二次回路上都會使阻抗值發生變化，從而影響實際采樣值的大小。如：高壓側熔絲不完全熔斷時采樣電壓值會降低。

將未完全熔斷的熔絲看作一個較大阻抗的電阻，假設該阻抗值為高壓側繞組的，那么便可以計算得到此時PT高壓繞組上的電壓。

UG：發電機機端電壓

Z∑：PT一次繞組回路的總阻抗Z1：PT一次繞組的阻抗

ZFU：未完全熔斷的熔絲的阻抗

U1：PT一次繞組上的電壓

對于大多數的PT回路故障，在勵磁調節器上的表現為發電機機端電壓采樣值降低。

勵磁調節器對PT回路的保護分為電氣量保護和開關量保護兩種，目前的開關量保護通過引入空氣開關動作節點，經過邏輯延時0.3 s動作出口，對PT回路故障進行排除；電氣量保護通過比較不同PT電壓差值對回路故障進行判斷,判斷條件是：比較與被保護PT不同源的電壓量，當兩者出現0.15倍額定值差值后，經過0.54 s延時啟動出口，進行通道切換對故障進行排除。

這兩種判斷方法的結合使用能夠判斷大多數PT回路故障，維持發電機機端電壓的穩定。但當PT回路故障表現為不完全斷開時，電壓差不會快速達到0.15倍額定值。進行現場試驗發現：當單相電壓未減少到正常的85%以下時，兩處電壓采樣差值小于0.15倍額定值，此時現有的PT回路斷線保護不會啟動，現場按比例同時增加電壓采樣值，當輸入電壓為1.307倍額定值時，勵磁測量得到的發電機機端電壓為1倍額定值。

因此，未達到動作條件的PT回路故障時，勵磁調節器由于采樣失真會將發電機機端電壓提高，升至額定值的1.307倍。即發電機機端電壓的變化區間為：1～1.307倍額定值。

3 發電機機端電壓自動調節速率

現場測量發電機機端電壓建立的過程并錄制相關波形（圖2），選取其中5組點對其進行計算（表1）。

圖2.電機機端電壓自動調節錄波圖

表1.電機機端電壓自動調節速率計算表

取平均值得到發電機機端電壓自動調節速率為：0.087倍額定值/s。

4 發電機機端電壓上升過程及保護動作情況

整理匯總目前參與發電機機端電壓變化過程的保護見表2。

表2.電機機端電壓擾動過程中可能啟動的保護匯總表

由于發電機運行時功率無法突變，在發電機機端電壓上升時發電機機端電流會向著減小的趨勢變化，因此以電流為判據的發電機過負荷保護等不會啟動，經計算得到當機端電壓上升至1.307倍額定值時相應的勵磁電流交流側為0.63 A，同樣無法達到轉子過負荷保護的啟動值。而勵磁調節器中的伏赫限制器等，由于采樣回路的故障此時同樣無法正確動作。

依據發電機機端電壓變化速率，得到發電機機端電壓變化表，根據發電機機端電壓變化分析相關可能動作出口的保護得到表3，并繪制保護動作時序對比圖（圖3）。

表3.電機機端電壓變化過程及保護啟動、出口時序表

圖3.護動作時序對比圖

根據圖3中的時序對比，更加直觀的看出發電機機端電壓上升與各個保護動作的時序關系。

5 發電機機端電壓下降過程及保護動作情況

對排除PT回路故障的時間與發電機機端電壓的上升曲線，我們已經得到了相關的結論，對于故障過程中若出現變化，PT斷線故障排除，則需要對故障排除后發電機機端電壓的下降過程進行分析。

結合表3發電機機端電壓變化過程及保護啟動、出口時序表，并引入發電機機端電壓下降時的數據和相關保護動作時序綜合分析，列出故障排除時間與發電機機端電壓超過額定時間的綜合時間對照表（表4）。

表4.合時間對照表

根據表4，繪制綜合時間對照圖（圖4）。

圖4.合時間對照圖

從圖中直觀的得到，不同時間排除故障發電機機端電壓下降至1倍額定值的時間以及相關保護的動作情況。

6 綜合分析發電機機端電壓變化過程

（1）PT斷線故障通過勵磁開關量保護排除，排除故障時間0.3 s，測量偏差大于0.15倍額定值；

圖5.電機機端電壓變化過程1

（2）PT斷線故障通過勵磁電氣量保護排除，排除故障時間0.54 s，測量偏差大于0.15倍額定值；

圖6.電機機端電壓變化過程2

（3）勵磁調節器未能判斷故障，測量偏差小于0.15，由保護出口停機；

圖7.電機機端電壓變化過程3

（4）故障發展至某時刻勵磁調節器成功判斷并排除故障；

圖8.電機機端電壓變化過程4

（5）故障發展至某時刻勵磁調節器成功判斷并排除故障，但發電機機端電壓恢復至正常水平前觸發保護動作停機。

圖9.電機機端電壓變化過程5

7 結論

根據以上分析，將5張電壓變化過程圖匯總得到圖10。

圖10.電機機端電壓變化過程匯總

通過比較不同情況PT斷線故障時發電機機端電壓的變化曲線可以明確勵磁調節器在處理PT斷線故障時與保護裝置的配合關系，當勵磁調節器能夠盡可能滿足圖10中陰影區域的動作特性時，PT斷線的判斷邏輯能夠更符合現場實際功能的需要。

[1]楊嗣彭.同步電機運行方式的分析[M].成都：成都科技大學出版社，1989.

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1672-5387（2017）09-0032-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.09.013

2017-06-19

丁燁楠（1988-），男，工程師，從事繼電保護和勵磁系統的檢修維護工作。