摘要：根據(jù)外過勵磁保護在紹興電業(yè)局500千伏變電站的應(yīng)用，以ABB千伏豐一變壓器3號主變壓器過勵磁保護為例，著重分析了其基本原理、與干式變壓器過勵磁特性曲線的配合、存在的保護死區(qū)、整定調(diào)試等。關(guān)鍵詞：干式變壓器；過度興奮；曲線；保護；設(shè)定；調(diào)試；死區(qū)0介紹近年來，隨著華東500 kV電網(wǎng)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)電壓高的問題逐漸暴露出來，干式變壓器過勵磁運行現(xiàn)象日益增多，尤其是夜間和節(jié)假日低負荷時，矛盾尤為突出，部分500 kV干式變壓器甚至因過勵磁保護動作而跳閘。當系統(tǒng)電壓偏高時，干式變壓器過勵磁運行，其抽芯板溫度會升高，成為影響干式變壓器過勵磁能力的關(guān)鍵問題。如果過勵磁超過干式變壓器的允許極限，干式變壓器的鐵芯溫度會升高而損壞。然而，由于干式變壓器過勵磁并不總是對設(shè)備造成明顯的損壞，因此很容易被忽視。但反復(fù)過勵磁會因過熱導(dǎo)致絕緣老化，降低設(shè)備的使用壽命。對于500 kV系統(tǒng)，正常運行時頻率f基本不變，磁通密度增大的主要原因是系統(tǒng)電壓升高。在500千伏系統(tǒng)中，有許多原因可能導(dǎo)致干式變壓器電壓升高和過勵磁。目前在大型干式變壓器的設(shè)計中，為了節(jié)省材料，降低成本，減輕運輸重量，將鐵心的額定工作磁通密度設(shè)計得較高，約為1.7~1.8 T，接近飽和磁通密度(1.9~2 T)，因此在過電壓的情況下容易產(chǎn)生過勵磁。此外，由于磁化曲線相對“硬”，過勵磁時，勵磁阻抗減小，勵磁電流迅速增大。當工作磁密達到正常磁密的1.3~1.4倍時，勵磁電流可達到額定電流水平。其次，由于勵磁電流是非正弦的，含有許多高次諧波成分，鐵芯和其他金屬部件的渦流損耗與頻率的平方成正比，會造成鐵芯、金屬部件和絕緣材料嚴重過熱。如果過勵磁倍數(shù)高且持續(xù)時間過長，干式變壓器可能會損壞。安裝干式變壓器過勵磁保護的目的是檢測干式變壓器的過勵磁情況，及時發(fā)出信號或跳閘，使干式變壓器的過勵磁不超過允許極限，防止干式變壓器因過勵磁而損壞。

1干式變壓器過勵磁容量在干式變壓器空載電流和空載損耗與過勵磁倍數(shù)n的關(guān)系中，U*和f*是電壓和頻率的標準值。出廠試驗數(shù)據(jù)表明，當n增加時，空載電流和空載損耗急劇增加，干式變壓器空載損耗主要集中在鐵芯和金屬部件表面，造成局部過熱或燒傷。在相同的過勵磁倍數(shù)n下，允許持續(xù)時間與干式變壓器的額定磁密、飽和磁密和磁化曲線形狀密切相關(guān)。額定磁密越接近飽和磁密，飽和磁化曲線斜率越小，相同n下允許過勵磁持續(xù)時間越短，一般廠家要提供兩條過勵磁曲線，一條是空載情況下的過勵磁曲線，一條是滿載情況下的過勵磁曲線。根據(jù)U=E-IZ可知，由于負荷運行時IZ的作用，干式變壓器的運行電壓會降低，過勵磁曲線也會降低。繼電器的過勵磁曲線應(yīng)根據(jù)制造商提供的干式變壓器滿載時的過勵磁曲線來選擇。 #p#分頁標題#e#

2過勵磁保護的選擇原則由于系統(tǒng)電壓的升高和

在選擇過勵磁保護類型時，應(yīng)充分考慮繼電器反時限特性曲線與干式變壓器允許過勵磁曲線的匹配。如圖2所示，當繼電器特性曲線低于干式變壓器勵磁曲線時，繼電器可以有效地保護干式變壓器的過勵磁。如果繼電器反時限特性曲線與干式變壓器過勵磁曲線相交，說明配合不理想。當干式變壓器過勵磁值小于交點時，繼電器運行時間大于干式變壓器允許運行時間，即在繼電器運行前干式變壓器可能已經(jīng)損壞。目前，浙江省新設(shè)計的500千伏干式變壓器過勵磁保護有兩套，一套是ABB公司的RET-521微機繼電器，另一套是RALK-2H集成元件繼電器。兩組繼電器都有定時和反定時功能。保護響應(yīng)V/f值與干式變壓器的磁通量成正比，用于反映干式變壓器的過勵磁。本文第4節(jié)分析了RET-521和RALK-2H過勵磁繼電器的基本原理。RET-521和RALK-2H過勵磁繼電器基本能滿足保護干式變壓器過勵磁的要求，但有時繼電器特性不能很好地與干式變壓器過勵磁曲線相匹配，即保護存在死區(qū)現(xiàn)象。

3干式變壓器過勵磁保護的基本原理干式變壓器鐵心的工作磁密與U/f成正比，過勵磁保護就是基于這個原理[1，2]。其工作原理是繼電器的電壓初級線圈YH連接到母線電壓互感器的次級側(cè)，以反映施加到干式變壓器的電壓和頻率。YH的次級側(cè)是一個RC分壓電路，電容C兩端的電壓可見。電容器C上的電壓Uc明顯反映了系統(tǒng)V/F的比值，如果U和F分別是作用在干式變壓器端子上的電壓和頻率，那么Uc與干式變壓器的磁密成正比。逆時跳閘：當干式變壓器的過勵磁值達到逆時啟動值時，主變壓器各側(cè)開關(guān)通過逆時延時動作跳閘，逆時動作時間由公式(3)確定：由公式(3)可知，k值越大，T2越大。其中k是設(shè)定時間的倍數(shù)。V/f啟動：反時限過勵磁跳閘啟動值。當繼電器過勵磁值V/f大于比值時，反時限回路開始工作，在公式(3)計算的時間后跳閘。當k取不同的值時，公式(3)描述了一組曲線(圖3)。對于某干式變壓器，可以選擇和改變合適的k和m值，使曲線給出的時間與干式變壓器過勵磁允許運行的時間很好地匹配。

4干式變壓器整體過勵磁保護

定計算及調(diào)試分析 過勵磁保護應(yīng)按干式變壓器廠家提供的干式變壓器滿載情況下的過勵磁曲線整定，其整定原則為盡量使所調(diào)整的勵磁保護繼電器的勵磁曲線在干式變壓器過勵磁曲線的下方，即干式變壓器運行在過勵磁條件下時，勵磁保護繼電器應(yīng)能以比它所能承受的更短時間可靠跳開主變各側(cè)斷路器。同時，應(yīng)該保證在正常運行條件下，干式變壓器應(yīng)有一定的耐受勵磁強度的水平，所以勵磁保護繼電器的啟動值一般整定到略大于正常的較高運行值。 以下以鳳儀變#3主變配置的ABB公司RALK-2H型繼電器為例進行整定及調(diào)試的分析。4.1反時限過勵磁保護 從圖2可知，當干式變壓器過勵磁小于或等于1.10時，干式變壓器允許長期連續(xù)運行，選取繼電器的啟動值nop=1.10，即當f=fn、過電壓1.10倍時保護開始啟動，按互感器變比N=500 kV/100 V，因鳳儀變#3主變的一次額定電壓為510 kV，因此U/f的二次啟動值為： 試選K=5，由式(3)可計算出保護動作時間T2。校核n=1.20時T2=22.5 s，小于允許的持續(xù)時間1800 s（見表1），因T2時間遠小于允許持續(xù)時間，所以試選K=10，再校核n=1.20，T2=45s，可見仍遠小于允許的持續(xù)時間1800 s。因鳳儀變#3主變?yōu)槿毡緰|芝公司產(chǎn)品，過勵磁曲線比較高，過勵磁能力比較大，所以整定K為較大值10時仍能滿足它的過勵磁能力，保護動作時間遠小于其允許時間，且有較大的余度。一般過勵磁曲線比較低的情況下，試選的K值可適當小一些。 過勵磁繼電器的反時限定值特性的調(diào)試較為煩瑣，有時需要反復(fù)調(diào)試多次，直到滿足干式變壓器滿載過勵磁曲線的要求，一般調(diào)試前應(yīng)根據(jù)干式變壓器滿載過勵磁曲線先確定過勵磁繼電器的啟動值，然后通過試算確定K值。為了超高壓干式變壓器的運行安全，先先應(yīng)從廠家取得干式變壓器的滿載過勵磁曲線，使過勵磁保護的整定有一個實際的依據(jù)，然后再按現(xiàn)場實際調(diào)試值確定整定值。4.2定時限過勵磁保護 根據(jù)表1可知，若過勵磁倍數(shù)n 1.30時，實際整定的反時限特性曲線與圖2的干式變壓器過勵磁曲線有交叉點，此時完全靠反時限過勵磁保護則偏于保守。所以按實際需要還配置了定時限過勵磁保護以彌補反時限保護的這一缺陷。從表1可知，當n=1.3倍時，干式變壓器過勵磁期望時間可達60 s，但考慮到系統(tǒng)電壓達到1.3倍額定電壓時，系統(tǒng)肯定有較大的問題出現(xiàn)，一般常見的是系統(tǒng)小的擾動，而且時間不會持續(xù)很長，定時限時間不宜太長，故整定為n=1.30倍，t=5s時，就可達到保護干式變壓器的目的。#p#分頁標題#e#

5結(jié)語 1) ABB公司生產(chǎn)的RET-521和RALK-2H型過勵磁繼電器器基本上能夠滿足保護干式變壓器過勵磁的要求，但有時也可能出現(xiàn)繼電器特性不能很好地與干式變壓器過勵磁曲線相配合的情況，即保護存在死區(qū)現(xiàn)象，特別用于產(chǎn)干式變壓器，因產(chǎn)干式變壓器負載過勵磁曲線比較低，保護死區(qū)現(xiàn)象可能較突出，這就降低了RET-521和RALK-2H的性能。 2) RET-521為微機型保護，在調(diào)試上比RALK-2H集成型保護更為方便，且其曲線的柔性較好，更容易貼近干式變壓器的過勵磁曲線。 3) 目前我內(nèi)尚無產(chǎn)的過勵磁保護，使用的都為進口產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品在設(shè)計原理上存在著一些缺陷，在運行中也存在著一些問題，因此研制和開發(fā)適用于各種大型干式變壓器的過勵磁保護是專業(yè)廠家面臨的任務(wù)。

參考文獻

［1］王維儉(WANG Weijian).發(fā)電機干式變壓器繼電保護應(yīng)用(Application of Transformer Relay Protection of Generator)［M］.北京：中電力出版社(Beijing:China Electric Power Press),1998.［2］許實章(XU Shizhang).電機學(xué)(上冊)(Electromechanics, Part One)［M］.北京：機械工業(yè)出版社(Beijing:China Machine Press),1982.

 

來源：紹興電力局