励磁调节器PT回路故障后机端电压变化分析

2017-09-26丁烨楠余婷

水电站机电技术 2017年9期

关键词：断线端电压调节器

丁烨楠，余婷

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200）

励磁调节器PT回路故障后机端电压变化分析

丁烨楠，余婷

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200）

通过实际试验、采样等方法，结合相关安全自动装置、继电保护设备的动作特性以及励磁调节器调节发电机机端电压的特征，分析励磁调节器PT在发生故障后发电机机端电压的变化过程，用于比较励磁调节器PT断线保护设定的合理区间，减小PT断线保护的动作死区，防止发电机因PT断线故障停机。

PT断线；励磁调节器；机端电压

1 引言

励磁调节器通过配置在发电机机端的PT采集发电机电压量信号。自动电压调节模式下运行的励磁调节器通过发电机机端电压大小增减励磁电流，实现发电机机端电压的稳定控制。

PT回路原则上可以开路，其一次绕组与主接线是并联关系，该回路出现故障并不直接危害主设备正常运行。但PT回路的损害会造成励磁调节器电压采样输入与真实值不符，从而导致励磁调节器输出的励磁电流变化，最终引起发电机机端电压异常。

2 PT回路故障后发电机机端电压的变化范围

首先，采样回路故障的主要表现有一次绕组回路故障和二次回路故障。PT一次绕组发生故障时，若故障较为严重，PT的高压熔丝会熔断，从而断开PT一次绕组与主设备联系，防止故障范围扩大。PT二次回路发生故障时，若故障较为严重，PT二次侧的空气开关会跳开，从而断开PT二次回路防止事故范围扩大。而发生轻微故障时，无论是在一次绕组或是二次回路上都会使阻抗值发生变化，从而影响实际采样值的大小。如：高压侧熔丝不完全熔断时采样电压值会降低。

将未完全熔断的熔丝看作一个较大阻抗的电阻，假设该阻抗值为高压侧绕组的，那么便可以计算得到此时PT高压绕组上的电压。

UG：发电机机端电压

Z∑：PT一次绕组回路的总阻抗Z1：PT一次绕组的阻抗

ZFU：未完全熔断的熔丝的阻抗

U1：PT一次绕组上的电压

对于大多数的PT回路故障，在励磁调节器上的表现为发电机机端电压采样值降低。

励磁调节器对PT回路的保护分为电气量保护和开关量保护两种，目前的开关量保护通过引入空气开关动作节点，经过逻辑延时0.3 s动作出口，对PT回路故障进行排除；电气量保护通过比较不同PT电压差值对回路故障进行判断,判断条件是：比较与被保护PT不同源的电压量，当两者出现0.15倍额定值差值后，经过0.54 s延时启动出口，进行通道切换对故障进行排除。

这两种判断方法的结合使用能够判断大多数PT回路故障，维持发电机机端电压的稳定。但当PT回路故障表现为不完全断开时，电压差不会快速达到0.15倍额定值。进行现场试验发现：当单相电压未减少到正常的85%以下时，两处电压采样差值小于0.15倍额定值，此时现有的PT回路断线保护不会启动，现场按比例同时增加电压采样值，当输入电压为1.307倍额定值时，励磁测量得到的发电机机端电压为1倍额定值。

因此，未达到动作条件的PT回路故障时，励磁调节器由于采样失真会将发电机机端电压提高，升至额定值的1.307倍。即发电机机端电压的变化区间为：1～1.307倍额定值。

3 发电机机端电压自动调节速率

现场测量发电机机端电压建立的过程并录制相关波形（图2），选取其中5组点对其进行计算（表1）。

图2.电机机端电压自动调节录波图

表1.电机机端电压自动调节速率计算表

取平均值得到发电机机端电压自动调节速率为：0.087倍额定值/s。

4 发电机机端电压上升过程及保护动作情况

整理汇总目前参与发电机机端电压变化过程的保护见表2。

表2.电机机端电压扰动过程中可能启动的保护汇总表

由于发电机运行时功率无法突变，在发电机机端电压上升时发电机机端电流会向着减小的趋势变化，因此以电流为判据的发电机过负荷保护等不会启动，经计算得到当机端电压上升至1.307倍额定值时相应的励磁电流交流侧为0.63 A，同样无法达到转子过负荷保护的启动值。而励磁调节器中的伏赫限制器等，由于采样回路的故障此时同样无法正确动作。

依据发电机机端电压变化速率，得到发电机机端电压变化表，根据发电机机端电压变化分析相关可能动作出口的保护得到表3，并绘制保护动作时序对比图（图3）。