一種勵磁變與離相封閉母線反相解決方案

熊良根，鄭 嶸，陳曉明（.華東電力設計院有限公司，上海0006；.博耳能源江蘇有限公司，江蘇無錫4000；.特變電工南京智能電氣有限公司，江蘇南京）

·運行分析·

一種勵磁變與離相封閉母線反相解決方案

熊良根1，鄭 嶸2，陳曉明3
（1.華東電力設計院有限公司，上海200063；2.博耳能源江蘇有限公司，江蘇無錫214000；3.特變電工南京智能電氣有限公司，江蘇南京211112）

勵磁變壓器是勵磁系統(tǒng)中的一個重要元件，為了減少接地故障、避免相間短路以及消除鋼構發(fā)熱，發(fā)電機主回路以及廠用分支回路采用離相封閉母線進行連接。然而在某電廠建設施工中發(fā)生一起離相封閉母線相序與勵磁變壓器高壓側相序反相事故。文中對此所引起的勵磁變高、低壓側的電流相位以及對勵磁變差動保護、勵磁調節(jié)器、發(fā)電機轉子一點接地保護等方面的影響進行分析，提出了2種解決方案。考慮勵磁系統(tǒng)以及保護定值整定方便，優(yōu)先采用方案2，并進行相關仿真研究。仿真結果表明該方案完全滿足勵磁變差動保護、轉子接地保護以及勵磁調節(jié)器的要求，從而避免重新采購安裝封閉母線或更換勵磁變。

勵磁變壓器；反相序；離相封母

0 引言

勵磁變壓器通過整流器向同步發(fā)電機供給直流電源，一般選用YD－11接線，一方面勵磁變的一次側接成星型連接時，一次繞組的相電壓僅為線電壓的降低了繞組的耐壓水平，二次繞組三角形連接，可以為三次諧波提供回路，用以抵消三次諧波磁通，改善電壓波形［1－3］。對于大多數(shù)靜止勵磁系統(tǒng)，則出于勵磁變壓器與發(fā)電機封閉母線連接上的方便以及防止相間短路的考慮［4－6］。

然而，某電廠在對發(fā)電機廠用分支回路離相封閉母線與勵磁變高壓側的接口進行安裝時發(fā)現(xiàn)，勵磁變高壓側廠家所標的A相、C相與發(fā)電機廠用分支離相封閉相序搞反。該電廠采用的勵磁變壓器為3個樹脂澆注干式變壓器通過銅排連接成YD－11接線，由于發(fā)電機機端封閉母線已經全部安裝到位，如果為了將封閉母線的相位糾正而與勵磁變高壓側同相位，那么需要重新更換部分離箱封閉母線，并且增設材料以及施工費用，則必將影響工程的建設進度。

本文將對這一相序反相情況給勵磁變壓器差動保護、轉子接地保護以及勵磁調節(jié)器等影響進行仿真分析，從改變勵磁變的繞組接線上提出2種解決方案，并針對第二種方案在PSCAD／EMTDC上進行了仿真，仿真分析表明，其對勵磁變差動、轉子接地、以及勵磁調節(jié)器勵磁電壓等方面均沒有影響，完全滿足工程實際需要，并推薦方案2供現(xiàn)場選擇參考。

1 現(xiàn)場問題描述

根據(jù)規(guī)程《高壓配電裝置設計技術規(guī)程》（DL 5352—2006）中5.1.2條［7］，配電裝置各回路相序排列宜一致，一般按面對出線，從左到右，從遠到近、從上到下的順序，相序為A，B，C，安裝布置如圖1所示。

圖1 安裝布置圖Fig.1 The installation drawing

從圖1可知當面對勵磁變時，其設計的布置圖滿足從左到右A，B，C原則。但是，實際到貨勵磁變壓器高壓側在面對變壓器時從右到左為A，B，C，這樣導致離相封母與勵磁變高壓側A，C相序反相，而實際施工過程中一般先敷設安裝好封閉母線，最后再與勵磁變高壓側端子進行連接，現(xiàn)場工程建設緊張，從新拆除再安裝封閉母線方案基本不可行。因此首先對現(xiàn)場該相序反相引起的其他相關影響，如勵磁變差動、轉子接地、勵磁電壓等進行分析。再在分析的基礎上提出其他解決方案。

2 勵磁變高壓側相序反相影響分析

2.1正常情況YD－11勵磁變相位分析

正常情況下YD－11變壓器相位如圖2所示。

圖2 正常下Y－D11變壓器相位Fig.2 The phase of Y－D11 transformer in normal

從圖2可以看出，當勵磁變壓器采用YD－11接線時，正常情況下，二次相電流在相位上滯后一次相30°，其中高、低壓都是正相序［8－10］。

2.2 A，C反相時勵磁變相位分析

由于系統(tǒng)電源是A，B，C正序，勵磁變高壓側繞組A，C反相，因此C相繞組流系統(tǒng)A相電流，A相繞組流入系統(tǒng)C相電流，高壓側A，C相繞組與低壓側A，C相之間分別耦合。如圖3所示。

圖3中，高、低壓側C相繞組綠色標注部分，以及高、低側A相繞組紅色標注部分。這樣導致低壓側繞組c實際流過電流相位與系統(tǒng)A相一致，而低壓繞組a則實際流過的電流相位與系統(tǒng)C相相同。高壓側B相繞組實際流入B相為系統(tǒng)電流，故此低壓側b相繞組相位與系統(tǒng)B相一樣，低壓側a，b，c繞組所流過的三相電流相位在圖3（b）中可以看出滿足負序關系，由于低壓側為△型接線，即流出勵磁變的電流滿足下列關系：

式（1）中：k為比例系數(shù)。

圖3 A，C反相時變壓器相位分析Fig.3 Transformer phase analysis for A and C in opposite

2.3 A，C反相時造成影響分析

在PSCAD／EMTDC上建立勵磁變壓器仿真模型，如圖4所示。圖4中勵磁變參數(shù)如下：勵磁變額定容量為6.6 MV·A，勵磁變一次變比20 kV／1.02 kV，接線方式為YD－11，高壓側TA變比300／1，低壓側TA變比5000／1，勵磁變低壓側經三相可控硅整流橋整流后向發(fā)電機轉子繞組提供勵磁電源，勵磁繞組采用三峽左岸電廠ALSTOM機組4段π型等效電路［9］。本文通過仿真分析其對差動保護、勵磁電壓、轉子接地等影響。

圖4 仿真模型Fig.4 The simulation model

（1）對勵磁變壓器差動保護造成影響。勵磁變壓器的電氣特征與一般變壓器有較大差別，其所接負載為三相整流橋，導致變壓器兩側電流含有豐富的諧波電流。盡管在規(guī)程《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》（GB／T 14285—2006）4.2.23中描述“自并勵發(fā)電機的勵磁變壓器宜采用電流速斷保護作為主保護［11－14］；過電流保護作為后備保護”，與勵磁變電流速斷保護相比，勵磁變差動保護在內部故障檢測的靈敏度以及保護動作的快速性方面有明顯優(yōu)勢，文獻［14］建議現(xiàn)場有條件宜裝設勵磁變差動保護，從文獻［1］分析中可知，在勵磁變低壓側發(fā)生故障時，機組差動保護不能保證可靠動作，因此也需要裝設勵磁變專用保護。然而在當前的微機型變壓器差動保護中，大都采用相位校正和幅值校正，同時還扣除進入差動回路的零序電流分量來實現(xiàn)［8－10］。無論是以d側電流為相位基準，使得Y側電流進行移相還是以Y側電流相位為基準，用d側電流進行移相。由于高壓側A，C反相，盡管高壓側電流是正序，但是導致低壓側進入TA電流為負序，因此正常情況下也將會使得有較大差流存在，差動保護此時將失效。

當高壓側A，C兩相接反后，勵磁變兩側電流及按照YD－11整定計算的勵磁變差流如圖5所示。圖5中，Iah2，Ibh2，Ich2為勵磁變高壓側二次電流采樣值；Iad2，Ibd2，Icd2為勵磁變低壓側二次電流采樣值，Iacd，Ibcd，Iccd為Y側向d側做轉角后計算的勵磁變差流。在A，C兩相接反情況下，出現(xiàn)較大差流，將導致勵磁變差動保護誤動的可能。

圖5 A，C接反時勵磁變兩側電流及差流Fig.5 The two?side current and differential current of A and C reversed

（2）對勵磁調節(jié)器造成影響。正常情況下勵磁電壓如圖6所示，其中Ea為勵磁電壓瞬時值，Ea1為有效值。

而當A，C兩相接反后，勵磁電壓波形見圖7。此時參考電壓為負序，同步脈沖與實際要求的正序不一致，導致最終輸出波形混亂，國內一些勵磁調節(jié)器將會閉鎖輸出脈沖［15］。

（3）對發(fā)電機轉子接地影響。發(fā)電機轉子接地保護的計算的前提是基于勵磁電壓在一個切換周期內基本不變［3，16，17］，而根據(jù)前文中勵磁電壓波形的分析，A，C兩相接反后，勵磁電壓變化較大，在轉子一點接地后，其接地電阻及接地位置與實際將會出現(xiàn)偏差。圖8與圖9分別為乒乓式轉子接地在正常接線情況下，A，C兩相接反情況下，在轉子繞組40%位置，經10 kΩ接地時所測的數(shù)據(jù)。圖中Rg1為一點接地電阻測量值，“A”為一點接地位置測量值。

圖6 正常情況下勵磁電壓波形Fig.6 The excitation voltage waveform in normal

圖7 A，C兩相接反情況下勵磁電壓波形Fig.7 The excitation voltage waveform of A and C reversed

圖8 正常接線情況下乒乓式轉子一點接地Fig.8 The ping?pong rotor one point earth in normal

圖9 A，C接反情況下轉子一點接地Fig.9 The rotor one point earth of A and C reversed

從圖8和圖9可見，乒乓式原理的轉子接地保護對于接地電阻和接地位置的判斷將完全失真，乒乓式轉子接地保護失效。

對于雙端注入式原理，2種情況下的仿真波形見圖10和圖11。

圖10 正常接線情況下注入式轉子一點接地Fig.10 The injection type rotor one point earth in normal

圖12 方案1Fig.12 The first scheme

圖11 A，C接反情況下注入式轉子一點接地Fig.11 The injection type rotor one point earth of A and C reversed

從圖10、圖11可以看出雙端注入式轉子接地保護，在勵磁變高壓側A，C兩相接反后，所測的接地電阻及接地位置與實際值較為接近，影響不太大，同時對于0～50 kΩ均做了測試，結果與上述分析相同，由于篇幅有限，不再附圖。

3 解決方案

綜上分析結果，相序反相對勵磁調節(jié)器和發(fā)電機乒乓式轉子一點接地保護存在影響，由于勵磁變壓器為3個獨立的分相變壓器，提出2種設想方法。

（1）將低壓側A，C兩相引出線互換至C，A，使得進入三相可控硅整流橋相序與勵磁變高壓側一致，此時勵磁變接線為YD－1，如圖12所示。

（2）將低壓側A，C兩相引出線互換至C，A的同時，調整低壓側繞組接線方式，此時勵磁變接線方式仍然保持YD－11，如圖13所示。

通常勵磁變壓器采用Yd接線，在Yd接線中一般絕大部分采用Yd11方式，此時二次電壓在相位上滯后一次相電壓30°，這是通常勵磁調節(jié)器選擇晶閘管觸發(fā)回路的同步變壓器接線所考慮的一個因素，此外保護定值整定計算中一般在保護裝置選擇為Yd11方式，裝置軟件移相也采用Yd11。因此在不影響保護定值以及勵磁調節(jié)器同步變壓器接線的前提下，優(yōu)選用方案2為修改方案。

圖13 方案2Fig.13 The second scheme

首先對方案2進行仿真驗證，修改接線后仿真如圖14、圖15所示。其中圖14為勵磁變兩側電流二次值及差流波形，圖15為三相整流橋輸出的勵磁電壓波形。圖16為乒乓式轉子一點接地保護波形。

從圖14—16中可知，改接后的接線完全滿足勵磁變差動保護、發(fā)電機轉子接地保護以及勵磁調節(jié)器的要求。

圖14 方案2的勵磁變兩側電流及差流Fig.14 The two?side current and differential current of the second scheme

圖15 方案2的勵磁電壓波形Fig.15 The excitation voltage waveform of the second scheme

圖16 方案2的乒乓式轉子一點接地波形Fig.16 The ping?pong rotor one point earth of the second scheme

4 結語

勵磁變壓器是勵磁系統(tǒng)中最重要的元件。本文分析了一起發(fā)電機分支離相封閉母線與勵磁變壓器高壓側相位反相情況。從其對勵磁變差動保護、勵磁調節(jié)器、轉子接地保護等造成的影響進行分析，在不采用拆除、重新安裝離箱封閉母線情況下并提出了2種解決方案，基于考慮勵磁調節(jié)系統(tǒng)同步變壓器接線以及勵磁變保護整定方便2個因素的基礎上，優(yōu)先采用方案2，仿真結果和理論證實方案2的可行性，最后現(xiàn)場通過并對勵磁變回路充流、TA極性校驗等試驗進行驗證，完全滿足機組運行要求。

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A Solution for Resversed Phase?sequence of Excitation Transformen and Enclosure Type Isolated?phase Bus

XIONG Lianggen1，ZHENG Rong2，CHEN Xiaoming3
（1.East China Electric Power Design Institute Co.Ltd.，Shanghai 200063，china；2.Boer Energy Jiangsu Co.Ltd.，Wuxi 214000，china；3.TBEA Nanjing Intelligent Co.Ltd.，Nanjing 211112，china）

Excitation transformer as an important component is connerted to the enclosure type isolated?phase bus in the main circuit and branch circuit of generator，in order to reduce the ground fault，phases fault and eliminate steel structure fever. However，the reversed phase?sequence of an excitation transformer and the isolated?phase bus was found in the construction of a power plant，this paper analyses the influences of excitation change current phase，excitation transformer differential protection，excitation regulator，generator rotor earth protection caused by this situation，and proposes two solutions.Considering the convenient of excitation system and relay setting calculation，the second scheme become the first choice.The simulation results meet the requirements of the excitation transformer differential protection，rotor earth protection and the excitation regulator，avoiding re?purchase and install the isolated?phase bus or replace the excitation transformer.

excitation transformer；reversed phase?sequence；endosure type isolated?phase bus

TM77

：B

：2096－3203（2017）02－0121－06

熊良根

熊良根（1984—），男，江西高安人，工程師，從事發(fā)電廠、變電站、新能源電氣設計和研究工作；

鄭 嶸（1985—），男，江蘇無錫人，工程師，研究方向為電力系統(tǒng)繼電保護、光伏新能源技術管理；

陳曉明（1981—），男，江蘇南通人，高級工程師，從事電氣主設備繼電保護及研究工作。

（編輯 徐林菊）

2016－10－30；

2016－12－08