勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PT回路故障后機(jī)端電壓變化分析

丁燁楠，余婷

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺(tái)317200）

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PT回路故障后機(jī)端電壓變化分析

丁燁楠，余婷

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江天臺(tái)317200）

通過(guò)實(shí)際試驗(yàn)、采樣等方法，結(jié)合相關(guān)安全自動(dòng)裝置、繼電保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作特性以及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的特征，分析勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PT在發(fā)生故障后發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的變化過(guò)程，用于比較勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PT斷線(xiàn)保護(hù)設(shè)定的合理區(qū)間，減小PT斷線(xiàn)保護(hù)的動(dòng)作死區(qū)，防止發(fā)電機(jī)因PT斷線(xiàn)故障停機(jī)。

PT斷線(xiàn)；勵(lì)磁調(diào)節(jié)器；機(jī)端電壓

1 引言

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通過(guò)配置在發(fā)電機(jī)機(jī)端的PT采集發(fā)電機(jī)電壓量信號(hào)。自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)模式下運(yùn)行的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通過(guò)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓大小增減勵(lì)磁電流，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的穩(wěn)定控制。

PT回路原則上可以開(kāi)路，其一次繞組與主接線(xiàn)是并聯(lián)關(guān)系，該回路出現(xiàn)故障并不直接危害主設(shè)備正常運(yùn)行。但PT回路的損害會(huì)造成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電壓采樣輸入與真實(shí)值不符，從而導(dǎo)致勵(lì)磁調(diào)節(jié)器輸出的勵(lì)磁電流變化，最終引起發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓異常。

2 PT回路故障后發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的變化范圍

首先，采樣回路故障的主要表現(xiàn)有一次繞組回路故障和二次回路故障。PT一次繞組發(fā)生故障時(shí)，若故障較為嚴(yán)重，PT的高壓熔絲會(huì)熔斷，從而斷開(kāi)PT一次繞組與主設(shè)備聯(lián)系，防止故障范圍擴(kuò)大。PT二次回路發(fā)生故障時(shí)，若故障較為嚴(yán)重，PT二次側(cè)的空氣開(kāi)關(guān)會(huì)跳開(kāi)，從而斷開(kāi)PT二次回路防止事故范圍擴(kuò)大。而發(fā)生輕微故障時(shí)，無(wú)論是在一次繞組或是二次回路上都會(huì)使阻抗值發(fā)生變化，從而影響實(shí)際采樣值的大小。如：高壓側(cè)熔絲不完全熔斷時(shí)采樣電壓值會(huì)降低。

將未完全熔斷的熔絲看作一個(gè)較大阻抗的電阻，假設(shè)該阻抗值為高壓側(cè)繞組的，那么便可以計(jì)算得到此時(shí)PT高壓繞組上的電壓。

UG：發(fā)電機(jī)機(jī)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(duì)于大多數(shù)的PT回路故障，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器上的表現(xiàn)為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓采樣值降低。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)PT回路的保護(hù)分為電氣量保護(hù)和開(kāi)關(guān)量保護(hù)兩種，目前的開(kāi)關(guān)量保護(hù)通過(guò)引入空氣開(kāi)關(guān)動(dòng)作節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)邏輯延時(shí)0.3 s動(dòng)作出口，對(duì)PT回路故障進(jìn)行排除；電氣量保護(hù)通過(guò)比較不同PT電壓差值對(duì)回路故障進(jìn)行判斷,判斷條件是：比較與被保護(hù)PT不同源的電壓量，當(dāng)兩者出現(xiàn)0.15倍額定值差值后，經(jīng)過(guò)0.54 s延時(shí)啟動(dòng)出口，進(jìn)行通道切換對(duì)故障進(jìn)行排除。

這兩種判斷方法的結(jié)合使用能夠判斷大多數(shù)PT回路故障，維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的穩(wěn)定。但當(dāng)PT回路故障表現(xiàn)為不完全斷開(kāi)時(shí)，電壓差不會(huì)快速達(dá)到0.15倍額定值。進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)單相電壓未減少到正常的85%以下時(shí)，兩處電壓采樣差值小于0.15倍額定值，此時(shí)現(xiàn)有的PT回路斷線(xiàn)保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)，現(xiàn)場(chǎng)按比例同時(shí)增加電壓采樣值，當(dāng)輸入電壓為1.307倍額定值時(shí)，勵(lì)磁測(cè)量得到的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為1倍額定值。

因此，未達(dá)到動(dòng)作條件的PT回路故障時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器由于采樣失真會(huì)將發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓提高，升至額定值的1.307倍。即發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的變化區(qū)間為：1～1.307倍額定值。

3 發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)速率

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓建立的過(guò)程并錄制相關(guān)波形（圖2），選取其中5組點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行計(jì)算（表1）。

圖2.電機(jī)機(jī)端電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)錄波圖

表1.電機(jī)機(jī)端電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)速率計(jì)算表

取平均值得到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)速率為：0.087倍額定值/s。

4 發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓上升過(guò)程及保護(hù)動(dòng)作情況

整理匯總目前參與發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化過(guò)程的保護(hù)見(jiàn)表2。

表2.電機(jī)機(jī)端電壓擾動(dòng)過(guò)程中可能啟動(dòng)的保護(hù)匯總表

由于發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)功率無(wú)法突變，在發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓上升時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端電流會(huì)向著減小的趨勢(shì)變化，因此以電流為判據(jù)的發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)等不會(huì)啟動(dòng)，經(jīng)計(jì)算得到當(dāng)機(jī)端電壓上升至1.307倍額定值時(shí)相應(yīng)的勵(lì)磁電流交流側(cè)為0.63 A，同樣無(wú)法達(dá)到轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷保護(hù)的啟動(dòng)值。而勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的伏赫限制器等，由于采樣回路的故障此時(shí)同樣無(wú)法正確動(dòng)作。

依據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化速率，得到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化表，根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化分析相關(guān)可能動(dòng)作出口的保護(hù)得到表3，并繪制保護(hù)動(dòng)作時(shí)序?qū)Ρ葓D（圖3）。

表3.電機(jī)機(jī)端電壓變化過(guò)程及保護(hù)啟動(dòng)、出口時(shí)序表

圖3.護(hù)動(dòng)作時(shí)序?qū)Ρ葓D

根據(jù)圖3中的時(shí)序?qū)Ρ龋又庇^(guān)的看出發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓上升與各個(gè)保護(hù)動(dòng)作的時(shí)序關(guān)系。

5 發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓下降過(guò)程及保護(hù)動(dòng)作情況

對(duì)排除PT回路故障的時(shí)間與發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的上升曲線(xiàn)，我們已經(jīng)得到了相關(guān)的結(jié)論，對(duì)于故障過(guò)程中若出現(xiàn)變化，PT斷線(xiàn)故障排除，則需要對(duì)故障排除后發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的下降過(guò)程進(jìn)行分析。

結(jié)合表3發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化過(guò)程及保護(hù)啟動(dòng)、出口時(shí)序表，并引入發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓下降時(shí)的數(shù)據(jù)和相關(guān)保護(hù)動(dòng)作時(shí)序綜合分析，列出故障排除時(shí)間與發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓超過(guò)額定時(shí)間的綜合時(shí)間對(duì)照表（表4）。

表4.合時(shí)間對(duì)照表

根據(jù)表4，繪制綜合時(shí)間對(duì)照?qǐng)D（圖4）。

圖4.合時(shí)間對(duì)照?qǐng)D

從圖中直觀(guān)的得到，不同時(shí)間排除故障發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓下降至1倍額定值的時(shí)間以及相關(guān)保護(hù)的動(dòng)作情況。

6 綜合分析發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓變化過(guò)程

（1）PT斷線(xiàn)故障通過(guò)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)量保護(hù)排除，排除故障時(shí)間0.3 s，測(cè)量偏差大于0.15倍額定值；

圖5.電機(jī)機(jī)端電壓變化過(guò)程1

（2）PT斷線(xiàn)故障通過(guò)勵(lì)磁電氣量保護(hù)排除，排除故障時(shí)間0.54 s，測(cè)量偏差大于0.15倍額定值；

圖6.電機(jī)機(jī)端電壓變化過(guò)程2

（3）勵(lì)磁調(diào)節(jié)器未能判斷故障，測(cè)量偏差小于0.15，由保護(hù)出口停機(jī)；

圖7.電機(jī)機(jī)端電壓變化過(guò)程3

（4）故障發(fā)展至某時(shí)刻勵(lì)磁調(diào)節(jié)器成功判斷并排除故障；

圖8.電機(jī)機(jī)端電壓變化過(guò)程4

（5）故障發(fā)展至某時(shí)刻勵(lì)磁調(diào)節(jié)器成功判斷并排除故障，但發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓恢復(fù)至正常水平前觸發(fā)保護(hù)動(dòng)作停機(jī)。

圖9.電機(jī)機(jī)端電壓變化過(guò)程5

7 結(jié)論

根據(jù)以上分析，將5張電壓變化過(guò)程圖匯總得到圖10。

圖10.電機(jī)機(jī)端電壓變化過(guò)程匯總

通過(guò)比較不同情況PT斷線(xiàn)故障時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的變化曲線(xiàn)可以明確勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在處理PT斷線(xiàn)故障時(shí)與保護(hù)裝置的配合關(guān)系，當(dāng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器能夠盡可能滿(mǎn)足圖10中陰影區(qū)域的動(dòng)作特性時(shí)，PT斷線(xiàn)的判斷邏輯能夠更符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際功能的需要。

[1]楊嗣彭.同步電機(jī)運(yùn)行方式的分析[M].成都：成都科技大學(xué)出版社，1989.

[2]姚晴林.同步發(fā)電機(jī)失磁及其保護(hù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1981.

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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(hù)和勵(lì)磁系統(tǒng)的檢修維護(hù)工作。