机组频率不稳定引起励磁变差流越限告警分析

王新发

摘要：某电厂一台300MW燃煤机组，发变组保护技术改造进行装置更换，发变组保护采用双套配置，A屏为南自DGT80U-B系列发电机变压器保护装置，B屏为南瑞 PPC85B系列发电机变压器保护装置，其中A、B屏均配置有励磁变压器差动保护。某次，发电机开机并网前，发电机空载、转速升至额定3000转/分钟，空载过程中发变组A屏“励磁变差流越限告警”发出，而B屏励磁变压器差流为零无此信号发出。本文通过分析查找励磁变压器差流差生的原因，提出解决办法并实施，确保机组安全稳定运行。

关键词：励磁变压器；差流越限；频率

引言：发电机用励磁变压器的安全、稳定运行，是自并励机组安全、稳定运行的前提，是发电机组稳定发电、满负荷发电的先决条件，是励磁系统可靠运行的关键。励磁变压与一般应用的电力变压器并不完全相同，励磁变压器绕组电流为非正弦电流，变压器的设计需要考虑绕组中谐波电流的影响。励磁变压器一般配置有差动保护、过流保护以及过负荷保护等，差动保护的动作判据及通道采样数据的分析计算，应合理准确地屏蔽高次谐波成分的影响，确保励磁变压器差动保护的正确动作，保证电力系统设备安全稳定运行。

1 事件经过：

某次，某电厂发变组保护进行技术改造装置更换后，机组开机试验，并网前发电机空载、转速额定3000转/分钟，空载过程中发变组保护A屏“励磁变差流越限告警”发出，随后也可复位，几分钟后告警又发出，查看保护动作报文，励磁变压器差流已经超过启动值2.0A。

2 原因分析：

2. 1. 励磁变基本参数：

2.1.1基本数据：励磁变变接线方式：Y/△-11；CT接线方式：Y/Y；励磁变高压侧电压：20kV ；励磁变低压侧电压：0.85kV；励磁变高压侧CT变比：200/5 ；励磁变低压侧CT变比：2500/5

2.1.2平衡系数计算（现场以励磁变高压侧为基准侧）：励磁变高压侧Kp1=1.0 ；励磁变低压侧Kp2=0.92

2.1.3励磁变差动保护定值：

序号	定值名称	定值范围	整定值
1	比率Kz	0.1－1.8	0.50
2	谐波η	0.05－1.0	0.15
3	启动Iq	0.05－10.0	2.00A
4	拐点Ig	0.5－10.0	3.20A
5	速断Is	1.0－20.0	6.00Ie
6	Ict	0.1－3.0	1.50Ie
7	IN	0.5－8.0	4.00A
8	CT	0/1	0

表1 励磁变差动保护定值

2.2 故障录波及DCS曲线图

图1 励磁变高低侧电流及机组频率

图2 励磁变高低侧电流谐波成分

图3发电机空载时转速曲线图

2.3 “励磁变差流越限告警”原因分析

2.3.1差动保护原理：变压器纵差动保护，是变压器内部及引出线上短路故障的主保护，它能反应变压器内部及引出线上的相间短路、变压器内部匝间短路及大电流系统侧的单相接地短路故障。另外，尚能躲过变压器空充电及外部故障切除后的励磁涌流。变压器纵差保护，按比较变压器各侧同名相电流之间的大小及相位构成。

图4差动保护动作方程 图5差动保护动作特性

2.3.2 根据现场情况，机组在空载工况时励磁变差动有时报差流越限告警，有时正常无差流，结合保护装置录波数据，可以看出励磁变差动差流越限告警动作时，机组运行频率均高于50.5Hz（图1），从现场DCS数据了解，机组未并网，发电机转速不稳定（图3可以看出），运行频率不是很稳定。

2.3.3 另外励磁变压器不同于一般的变压器，励磁变所接负载为三相整流桥，整流桥后为直流负载，励磁变高低压侧电流中含有丰富的高次谐波成分（图2），直接导致常规差动保护的不平衡电流增大，这也是为什么GB14285规程4.2.23规定建议励磁变保护宜采用电流速断保护作为主保护的原因。

2.3.4 励磁变差动保护是基于工频50Hz进行计算的，分析认为机组运行频率不稳定（最高超过50.5Hz），再加之励磁变高低侧电流相位变化波动较大及高次谐波成分影响，造成了励磁变差动保护计算在算法上没有避开高次谐波的影响，从而产生了差流，达到差流越限告警动作值，“励磁变差流越限告警”发出。

3 处理对策：

针对现场特殊工况，设备厂家研发人员针对频率变化和高次谐波影响优化完善励磁变差动保护算法。并完成相关测试交付现场使用。其中发变组现程序版本：程序DGT801U，版本V1.2.8GA，校验码bb32，通过现场测试所有数据均正确，发电机并网运行正常。

励磁变压器差动保护试验数据如下：

回路 名称	名称	通道	端子号	零漂 CPUA、B	1A CPUA、B	2A CPUA、B	3A CPUA、B	4A CPUA、B	5A CPUA、B	相位正确
励磁变高压侧电流	A相电流	CH45	X1:55,X1:61	0.0	0.9949	1.9972	2.9922	3.9946	4.997	√
				0.0	0.9874	1.9898	2.9847	3.9871	4.9895	√
	B相电流	CH46	X1:56,X1:61	0.0074	0.9949	1.9898	2.9996	3.9948	4.9895	√
				0.0074	0.9949	1.9823	2.9922	3.9871	4.9895	√
	C相电流	CH47	X1:57,X1:61	0.0049	0.9874	1.9898	2.9847	3.9946	4.997	√
				0.0	0.9949	2.0047	2.9922	3.9871	4.997	√
励磁变低压侧电流	A相电流	CH52	X1:58,X1:62	0.0	0.9949	1.9898	2.9922	3.9946	4.997	√
				0.0074	0.9949	1.9898	2.9922	3.9946	4.9895	√
	B相电流	CH53	X1:59,X1:62	0.0	0.9949	1.9972	2.9996	4.002	5.0044	√
				0.0	0.9874	1.9972	2.9922	3.9946	4.997	√
	C相电流	CH54	X1:60,X1:62	0.0	0.9949	1.9972	2.9922	4.002	4.997	√
				0.0074	0.9949	1.9972	2.9847	3.9871	4.9895	√

表2 励磁变高低压侧CT通道采样数据

图6 励磁变差动保护测试A相

图7励磁变差动保护测试B相

图 8励磁变差动保护测试C相

图9励磁变比率制动动作特性测试

2. 结束语：

对某厂发变组保护“励磁变差流越限告警”暴露出来的故障，经分析找出了励磁变压器正常运行差流产生的原因，并经设备厂家对差动保护算法进行完善和优化，多次进行模拟和现场试验相结合，保证了发变组保护的安全可靠运行。

参考文献：

1. 国电南自《DGT801U系列发电机变压器组保护装置技术说明书V1.4》