摘要：根據(jù)外過(guò)勵(lì)磁保護(hù)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(hào)主變壓器過(guò)勵(lì)磁保護(hù)為例，著重分析了其基本原理、與干式變壓器過(guò)勵(lì)磁特性曲線的配合、存在的保護(hù)死區(qū)、整定調(diào)試等。關(guān)鍵詞：干式變壓器；過(guò)度興奮；曲線；保護(hù)；設(shè)定；調(diào)試；死區(qū)0介紹近年來(lái)，隨著華東500 kV電網(wǎng)的不斷發(fā)展，系統(tǒng)電壓高的問(wèn)題逐漸暴露出來(lái)，干式變壓器過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行現(xiàn)象日益增多，尤其是夜間和節(jié)假日低負(fù)荷時(shí)，矛盾尤為突出，部分500 kV干式變壓器甚至因過(guò)勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作而跳閘。當(dāng)系統(tǒng)電壓偏高時(shí)，干式變壓器過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行，其抽芯板溫度會(huì)升高，成為影響干式變壓器過(guò)勵(lì)磁能力的關(guān)鍵問(wèn)題。如果過(guò)勵(lì)磁超過(guò)干式變壓器的允許極限，干式變壓器的鐵芯溫度會(huì)升高而損壞。然而，由于干式變壓器過(guò)勵(lì)磁并不總是對(duì)設(shè)備造成明顯的損壞，因此很容易被忽視。但反復(fù)過(guò)勵(lì)磁會(huì)因過(guò)熱導(dǎo)致絕緣老化，降低設(shè)備的使用壽命。對(duì)于500 kV系統(tǒng)，正常運(yùn)行時(shí)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(guò)勵(lì)磁。目前在大型干式變壓器的設(shè)計(jì)中，為了節(jié)省材料，降低成本，減輕運(yùn)輸重量，將鐵心的額定工作磁通密度設(shè)計(jì)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(guò)電壓的情況下容易產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁。此外，由于磁化曲線相對(duì)“硬”，過(guò)勵(lì)磁時(shí)，勵(lì)磁阻抗減小，勵(lì)磁電流迅速增大。當(dāng)工作磁密達(dá)到正常磁密的1.3~1.4倍時(shí)，勵(lì)磁電流可達(dá)到額定電流水平。其次，由于勵(lì)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(huì)造成鐵芯、金屬部件和絕緣材料嚴(yán)重過(guò)熱。如果過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)高且持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，干式變壓器可能會(huì)損壞。安裝干式變壓器過(guò)勵(lì)磁保護(hù)的目的是檢測(cè)干式變壓器的過(guò)勵(lì)磁情況，及時(shí)發(fā)出信號(hào)或跳閘，使干式變壓器的過(guò)勵(lì)磁不超過(guò)允許極限，防止干式變壓器因過(guò)勵(lì)磁而損壞。

1干式變壓器過(guò)勵(lì)磁容量在干式變壓器空載電流和空載損耗與過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)n的關(guān)系中，U*和f*是電壓和頻率的標(biāo)準(zhǔn)值。出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)n增加時(shí)，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(guò)熱或燒傷。在相同的過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)n下，允許持續(xù)時(shí)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(guò)勵(lì)磁持續(xù)時(shí)間越短，一般廠家要提供兩條過(guò)勵(lì)磁曲線，一條是空載情況下的過(guò)勵(lì)磁曲線，一條是滿載情況下的過(guò)勵(lì)磁曲線。根據(jù)U=E-IZ可知，由于負(fù)荷運(yùn)行時(shí)IZ的作用，干式變壓器的運(yùn)行電壓會(huì)降低，過(guò)勵(lì)磁曲線也會(huì)降低。繼電器的過(guò)勵(lì)磁曲線應(yīng)根據(jù)制造商提供的干式變壓器滿載時(shí)的過(guò)勵(lì)磁曲線來(lái)選擇。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

2過(guò)勵(lì)磁保護(hù)的選擇原則由于系統(tǒng)電壓的升高和

在選擇過(guò)勵(lì)磁保護(hù)類(lèi)型時(shí)，應(yīng)充分考慮繼電器反時(shí)限特性曲線與干式變壓器允許過(guò)勵(lì)磁曲線的匹配。如圖2所示，當(dāng)繼電器特性曲線低于干式變壓器勵(lì)磁曲線時(shí)，繼電器可以有效地保護(hù)干式變壓器的過(guò)勵(lì)磁。如果繼電器反時(shí)限特性曲線與干式變壓器過(guò)勵(lì)磁曲線相交，說(shuō)明配合不理想。當(dāng)干式變壓器過(guò)勵(lì)磁值小于交點(diǎn)時(shí)，繼電器運(yùn)行時(shí)間大于干式變壓器允許運(yùn)行時(shí)間，即在繼電器運(yùn)行前干式變壓器可能已經(jīng)損壞。目前，浙江省新設(shè)計(jì)的500千伏干式變壓器過(guò)勵(lì)磁保護(hù)有兩套，一套是ABB公司的RET-521微機(jī)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(shí)和反定時(shí)功能。保護(hù)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(guò)勵(lì)磁。本文第4節(jié)分析了RET-521和RALK-2H過(guò)勵(lì)磁繼電器的基本原理。RET-521和RALK-2H過(guò)勵(lì)磁繼電器基本能滿足保護(hù)干式變壓器過(guò)勵(lì)磁的要求，但有時(shí)繼電器特性不能很好地與干式變壓器過(guò)勵(lì)磁曲線相匹配，即保護(hù)存在死區(qū)現(xiàn)象。

3干式變壓器過(guò)勵(lì)磁保護(hù)的基本原理干式變壓器鐵心的工作磁密與U/f成正比，過(guò)勵(lì)磁保護(hù)就是基于這個(gè)原理[1，2]。其工作原理是繼電器的電壓初級(jí)線圈YH連接到母線電壓互感器的次級(jí)側(cè)，以反映施加到干式變壓器的電壓和頻率。YH的次級(jí)側(cè)是一個(gè)RC分壓電路，電容C兩端的電壓可見(jiàn)。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(shí)跳閘：當(dāng)干式變壓器的過(guò)勵(lì)磁值達(dá)到逆時(shí)啟動(dòng)值時(shí)，主變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān)通過(guò)逆時(shí)延時(shí)動(dòng)作跳閘，逆時(shí)動(dòng)作時(shí)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(shí)間的倍數(shù)。V/f啟動(dòng)：反時(shí)限過(guò)勵(lì)磁跳閘啟動(dòng)值。當(dāng)繼電器過(guò)勵(lì)磁值V/f大于比值時(shí)，反時(shí)限回路開(kāi)始工作，在公式(3)計(jì)算的時(shí)間后跳閘。當(dāng)k取不同的值時(shí)，公式(3)描述了一組曲線(圖3)。對(duì)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(shí)間與干式變壓器過(guò)勵(lì)磁允許運(yùn)行的時(shí)間很好地匹配。

4干式變壓器整體過(guò)勵(lì)磁保護(hù)

定計(jì)算及調(diào)試分析 過(guò)勵(lì)磁保護(hù)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(guò)勵(lì)磁曲線整定，其整定原則為盡量使所調(diào)整的勵(lì)磁保護(hù)繼電器的勵(lì)磁曲線在干式變壓器過(guò)勵(lì)磁曲線的下方，即干式變壓器運(yùn)行在過(guò)勵(lì)磁條件下時(shí)，勵(lì)磁保護(hù)繼電器應(yīng)能以比它所能承受的更短時(shí)間可靠跳開(kāi)主變各側(cè)斷路器。同時(shí)，應(yīng)該保證在正常運(yùn)行條件下，干式變壓器應(yīng)有一定的耐受勵(lì)磁強(qiáng)度的水平，所以勵(lì)磁保護(hù)繼電器的啟動(dòng)值一般整定到略大于正常的較高運(yùn)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(jìn)行整定及調(diào)試的分析。4.1反時(shí)限過(guò)勵(lì)磁保護(hù) 從圖2可知，當(dāng)干式變壓器過(guò)勵(lì)磁小于或等于1.10時(shí)，干式變壓器允許長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行，選取繼電器的啟動(dòng)值nop=1.10，即當(dāng)f=fn、過(guò)電壓1.10倍時(shí)保護(hù)開(kāi)始啟動(dòng)，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(dòng)值為： 試選K=5，由式(3)可計(jì)算出保護(hù)動(dòng)作時(shí)間T2。校核n=1.20時(shí)T2=22.5 s，小于允許的持續(xù)時(shí)間1800 s（見(jiàn)表1），因T2時(shí)間遠(yuǎn)小于允許持續(xù)時(shí)間，所以試選K=10，再校核n=1.20，T2=45s，可見(jiàn)仍遠(yuǎn)小于允許的持續(xù)時(shí)間1800 s。因鳳儀變#3主變?yōu)槿毡緰|芝公司產(chǎn)品，過(guò)勵(lì)磁曲線比較高，過(guò)勵(lì)磁能力比較大，所以整定K為較大值10時(shí)仍能滿足它的過(guò)勵(lì)磁能力，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間遠(yuǎn)小于其允許時(shí)間，且有較大的余度。一般過(guò)勵(lì)磁曲線比較低的情況下，試選的K值可適當(dāng)小一些。 過(guò)勵(lì)磁繼電器的反時(shí)限定值特性的調(diào)試較為煩瑣，有時(shí)需要反復(fù)調(diào)試多次，直到滿足干式變壓器滿載過(guò)勵(lì)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(guò)勵(lì)磁曲線先確定過(guò)勵(lì)磁繼電器的啟動(dòng)值，然后通過(guò)試算確定K值。為了超高壓干式變壓器的運(yùn)行安全，先先應(yīng)從廠家取得干式變壓器的滿載過(guò)勵(lì)磁曲線，使過(guò)勵(lì)磁保護(hù)的整定有一個(gè)實(shí)際的依據(jù)，然后再按現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際調(diào)試值確定整定值。4.2定時(shí)限過(guò)勵(lì)磁保護(hù) 根據(jù)表1可知，若過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)n 1.30時(shí)，實(shí)際整定的反時(shí)限特性曲線與圖2的干式變壓器過(guò)勵(lì)磁曲線有交叉點(diǎn)，此時(shí)完全靠反時(shí)限過(guò)勵(lì)磁保護(hù)則偏于保守。所以按實(shí)際需要還配置了定時(shí)限過(guò)勵(lì)磁保護(hù)以彌補(bǔ)反時(shí)限保護(hù)的這一缺陷。從表1可知，當(dāng)n=1.3倍時(shí)，干式變壓器過(guò)勵(lì)磁期望時(shí)間可達(dá)60 s，但考慮到系統(tǒng)電壓達(dá)到1.3倍額定電壓時(shí)，系統(tǒng)肯定有較大的問(wèn)題出現(xiàn)，一般常見(jiàn)的是系統(tǒng)小的擾動(dòng)，而且時(shí)間不會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)，定時(shí)限時(shí)間不宜太長(zhǎng)，故整定為n=1.30倍，t=5s時(shí)，就可達(dá)到保護(hù)干式變壓器的目的。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

5結(jié)語(yǔ) 1) ABB公司生產(chǎn)的RET-521和RALK-2H型過(guò)勵(lì)磁繼電器器基本上能夠滿足保護(hù)干式變壓器過(guò)勵(lì)磁的要求，但有時(shí)也可能出現(xiàn)繼電器特性不能很好地與干式變壓器過(guò)勵(lì)磁曲線相配合的情況，即保護(hù)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(fù)載過(guò)勵(lì)磁曲線比較低，保護(hù)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(jī)型保護(hù)，在調(diào)試上比RALK-2H集成型保護(hù)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(guò)勵(lì)磁曲線。 3) 目前我內(nèi)尚無(wú)產(chǎn)的過(guò)勵(lì)磁保護(hù)，使用的都為進(jìn)口產(chǎn)品，但這些產(chǎn)品在設(shè)計(jì)原理上存在著一些缺陷，在運(yùn)行中也存在著一些問(wèn)題，因此研制和開(kāi)發(fā)適用于各種大型干式變壓器的過(guò)勵(lì)磁保護(hù)是專(zhuān)業(yè)廠家面臨的任務(wù)。

參考文獻(xiàn)

［1］王維儉(WANG Weijian).發(fā)電機(jī)干式變壓器繼電保護(hù)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(shí)章(XU Shizhang).電機(jī)學(xué)(上冊(cè))(Electromechanics, Part One)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社(Beijing:China Machine Press),1982.

 

來(lái)源：紹興電力局