勵磁系統(tǒng)PT一次保險慢熔判別技術(shù)分析

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)電機勵磁系統(tǒng)應(yīng)用PT 系統(tǒng)產(chǎn)生一次保險慢熔時，在辨別的過程中主要分為雙通道、零序電壓、負序電壓等。其中，雙通道是一種為了確保機組運行安全性與穩(wěn)定性的系統(tǒng)配置形式。在具體運用的過程中，會使用兩套調(diào)節(jié)器完成互相檢驗和實時追蹤。若系統(tǒng)運行正常，兩條通道會同時投入，一主一備，在主通道異常時，則會通過切換至備用通道進行調(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)生了保險慢熔，則采集的電壓幅值會逐步下降，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，此時系統(tǒng)會自動判斷產(chǎn)生了PT 一次保險慢熔異常情況，然后發(fā)出預(yù)警信號，并切換通道完成持續(xù)運行，以此保障系統(tǒng)的使用，為企業(yè)正常運行提供保障[1]。

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

工作時，先將通道內(nèi)部的機端電壓與同步電壓測量值進行對比，若二者的差值超出前期的設(shè)定值，則說明此時通道內(nèi)部產(chǎn)生了PT 系統(tǒng)一次保險慢熔，需要及時進行信號預(yù)警，隨后，切換備用通道完成后續(xù)運行，確保系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性與安全性，進一步強化雙通道電壓比較辨別的整體水準[2]。

1.3 負序電壓判別與參數(shù)設(shè)定法

1.3.1 負序電壓閾值設(shè)定

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

實際工作中，使用負序電壓進行判斷。前期準備階段，結(jié)合需要確定使用反時限或定時限，二者的區(qū)別主要涉及負序電壓的閾值、動作時間兩方面。使用反時限時，先分析高壓側(cè)保險是否產(chǎn)生了慢熔情況以及電壓是否出現(xiàn)波動，判斷慢熔是否會導(dǎo)致發(fā)電機運行穩(wěn)定性下降，影響電網(wǎng)平衡。

隨后，按照最高值進行定時限處理，計算系統(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)各相分解得到的負序電壓分量。Uab、Ubc、Uca則為預(yù)定的各項參數(shù)設(shè)定值。通常情況下，負序電壓判斷需要使用反時限技術(shù)，在具體工作中，對勵磁電流限制反時限曲線進行了系統(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)運行過程中產(chǎn)生負序電壓且電壓數(shù)據(jù)逐漸上升。因此，在進行系統(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，筆者發(fā)現(xiàn)一臺存在閉鎖PT 慢熔故障的設(shè)備，此故障導(dǎo)致PT 的保護功能失效，可能對電網(wǎng)的安全運行造成嚴重影響。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PT 進行實驗。該PT 的額定電壓為110kV，額定電流為100A，實驗中，技術(shù)人員先測試了PT處于正常工況時輸出電壓、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)。通過對正常工況、慢熔狀態(tài)下的波形數(shù)據(jù)進行分析，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PT 進行慢熔測試，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行了類似的測試，發(fā)現(xiàn)該方法能夠及時發(fā)現(xiàn)、判別閉鎖PT 慢熔故障，使電網(wǎng)的安全運行得到保障。現(xiàn)階段該判別方法已得到推廣。

1.3.3 發(fā)電機與電網(wǎng)不平衡度影響

對于發(fā)電機來講，由于結(jié)構(gòu)不同且電網(wǎng)情況有所差異，因此在運行的過程中出口電壓幾乎難以達到三相平衡。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，并且短時間內(nèi)的不平衡度不可以超過4%。此要求是指在任何一個時間段都不能夠超過限制，這樣才能確保繼電保護和設(shè)備運行的水準達到預(yù)期標準。若是不平衡度數(shù)據(jù)在1%以下，則閾值設(shè)定不會產(chǎn)生嚴重的影響，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)電機失穩(wěn)

系統(tǒng)PT 保險出現(xiàn)一次慢熔的過程中，若達到通道切換條件，系統(tǒng)執(zhí)行調(diào)節(jié)器通道切換，會導(dǎo)致機端電壓出現(xiàn)短時間內(nèi)的快速下降，勵磁電壓快速下降，甚至出現(xiàn)階級跳躍的情況。若是影響較小，機端電壓波動一段時間后逐漸穩(wěn)定，若是數(shù)據(jù)變動情況超過3%，則很容易受到發(fā)電機自身情況以及調(diào)節(jié)量超標等情況的影響，使發(fā)電機出現(xiàn)失穩(wěn)情況。一旦發(fā)電機處于電網(wǎng)末端，則可能導(dǎo)致發(fā)電機振蕩運行，甚至失磁保護誤動的不利情況，進一步加大系統(tǒng)運行的危險隱患。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 模擬仿真實驗

實驗所選用勵磁系統(tǒng)包括勵磁變壓器、PT 一次保險和勵磁控制裝置，先建立勵磁系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，再通過仿真計算，得到電壓和電流波形數(shù)據(jù)。

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

圖1 負序電壓判別邏輯

此次模擬仿真實驗得出以下結(jié)論：負序電壓法能夠通過分析電壓波形數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)PT 一次保險慢熔故障，具有較高的準確性。參數(shù)設(shè)定法可以通過比較實際參數(shù)值、設(shè)定值，發(fā)現(xiàn)PT 一次保險慢熔故障，但相對于負序電壓法，該方法的準確性和靈敏度較低。綜上，負序電壓法在判別勵磁系統(tǒng)PT 一次保險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行故障的檢測和判別，保障系統(tǒng)的安全運行。

1.4 零序電壓判別法

零序電壓判別是指通過對PT 三角電壓數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，分析并對比零序電壓數(shù)據(jù)與中性點零序電壓的數(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值與前期設(shè)定的數(shù)據(jù)超過預(yù)期設(shè)定的標準范圍，則說明此時產(chǎn)生了PT 慢熔情況。

1.5 其他判別方法

對于系統(tǒng)運行來講，勵磁系統(tǒng)高壓側(cè)保險電阻提升的主要原因包括保險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，此時會以平均值作為計算，機端電壓也會逐漸下降。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。為加強對系統(tǒng)運行情況的了解，技術(shù)人員選擇通過AVC進行檢測，發(fā)現(xiàn)其超過預(yù)期控制值時系統(tǒng)調(diào)節(jié)器會下達指令，與此同時調(diào)節(jié)器中的Ugref 會每次以0.3%的速度逐漸降低。

2 各種方法優(yōu)缺點比較

2.1 靈敏度比較

在系統(tǒng)運行的過程中，受到調(diào)節(jié)器硬件等外在因素的影響，需要在使用勵磁調(diào)節(jié)器的過程中進行科學(xué)運算，并確保所有涉及的電壓參數(shù)均為機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算的科學(xué)性與合理性。結(jié)合現(xiàn)有經(jīng)驗來看，勵磁系統(tǒng)在進行一次慢熔辨別的過程中，一般會將數(shù)據(jù)偏差設(shè)定為5%左右，一旦單相PT 一次保險在慢熔的環(huán)境下出現(xiàn)異常情況，那么系統(tǒng)運行過程中的電壓需要逐漸下降至15%以上才能夠進行科學(xué)的判別。

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

2.2 可拓展性比較

勵磁系統(tǒng)在出現(xiàn)一次保險慢熔的過程中，由于自身存在不確定性，因此極有可能在此過程中產(chǎn)生誤強力等情況，若是引發(fā)的問題較為嚴重，甚至可能會出現(xiàn)機組過激磁保護或者其他保護誤動作。為有效強化PT 慢熔辨別的精準度，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)上進行拓展性研究。結(jié)合當(dāng)前情況來看，部分系列的勵磁調(diào)節(jié)器在使用的過程中可以在原有電壓數(shù)據(jù)辨別的同時引入電壓跌落分析，以此補充拓展性。然而PT 慢熔在發(fā)展的過程中不確定性較為嚴重，因此在設(shè)定方面難度較高。結(jié)合當(dāng)下來看，在進行電壓跌落速率分析的過程中，通常會將數(shù)據(jù)設(shè)定為5pu/s，進而完成初步判斷。而部分系列的調(diào)節(jié)器在進行邏輯設(shè)定的過程中則引入了負序電壓反時限進行可拓展研究。

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)計動作、延時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定值規(guī)劃的影響，并按照我國不平衡度相關(guān)要求進行分析，防止出現(xiàn)閾值設(shè)置不當(dāng)而引發(fā)的錯誤判斷情況。

3 結(jié)語

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