从两起发电机保护作分析励磁涌流对相关发电机保护的影响

[摘  要] 针对主变检修后空充电或发电机带主变零起升压时，相关发电机保护动作这一现象，首先对现场的录波数据进行了仔细分析，同时进行了相关理论推导，揭示了主变检修后空充电或发电机带主变零起升压时相关发电机电气量变化规律，并提出了相应的解决措施。

[关键词] 发电机    功率摆动    励磁涌流    直流电阻测试

1、案例

a、案例一:某厂#1主变完成检修后对其空充电时，出现#2发电机第一套保护装置“发电机差动保护”动作

1)现象：

2011年02月28日，某电厂#1主变完成检修任务，16:47分经中调同意，合上5011开关，对#1主变进行充电时，出现#2发电机第一套保护装置“发电机差动保护”动作。

2)原因分析：

该厂#2发电机保护装置采用ge公司g60保护，保护原理如图1所示。

保护取各侧电流最大值作为制动电流ir，动作电流id取两侧电流相量差绝对值。

发电机差动保护启动值为0.19pu，pu=5.0a（折算至一次值为25ka）。

当制动电流即0~0.633pu范围时，只要差动电流大于0.19pu保护即动作；当制动电流ir介于（0.633-1.0）pu范围时，满足差动电流id大于0.3*ir 时保护动作；当制动电流ir大于3.0pu范围时，满足差动电流id大于.4*ir 时保护动作；在制动电流介于（1.0-3.0）pu范围时，为防止区外穿越性故障装置动作曲线为一光滑的变斜率曲线。

保护动作时刻机端机尾电流：

由动作记录波形及保护动作时刻机端机尾电流可以看出，以保护动作时为0秒，保护动作前约422ms#1主变厂变充电，这时，#2发电机由于励磁调节器的作用，自动增加无功输出，以满足#1主变运行时所需的无功；保护动作前约32ms，b相两侧电流开始有偏差并逐步增大（正常时二者仅相差一个励磁变的电流，装置无法反应出该差流）；保护动作时刻，b相机端电流m2-ib=*****************°，b相机尾电流f2-ib=*****************，由#1主变厂变充电产生的励磁涌流（主要是二次谐波）引起的差动电流为5.544ka，即id=0.222pu；制动电流为16.748ka，即ir=0.669pu，大于0.633pu（16.725）；此时id/ir=0.331pu，满足动作条件，因此b相差动保护动作出口。

在#2主变小修期间，进行了直流电阻测试，即在变压器高压侧通入10a（查#1主变出厂空载试验报告，在低压侧加22.06kv电压时，低压侧电流为10.08a，按理想变压器计算可知，高压侧电流为1.7（a时，低压侧电压达到额定值）直流电流，该电流在变压器铁芯上产生剩磁，变压器工作点发生偏移而进入饱和区，空充电时，造成待充电变压器的励磁电感急剧下降，从而产生很大的励磁涌流，系统所需的无功增加，同时造成500kv母线电压、#1发电机机端电压瞬时降低，从而引起运行发电机励磁电流迅速增加，无功亦随之快速增加，此时又由于#2发电机出口ct与发电机中性点ct饱和特性不匹配，如铁心材料、响应比、误差率、饱和曲线等，由此引起发电机出口ct和中性点ct的b相相位相差了19.41度，在这个相位差产生的差流（由#1主变厂变充电产生的励磁涌流引起的），大于差动保护的整定值而引起差动保护出口跳闸。

b、案例二：2011年1月10日06:40:28.872690，某厂#3发电机带主变零起升压时，#3发变组突加电压保护动作，查保护动作报告，保护动作时#3发电机定子电流二次值为：ia=0.1367a   ib=0.879a   ic=1.035a，突加电压保护动作值为0.85a，电流取至发电机中性点侧，ct变比：28000/5，ie=4.2766a

录波图如下：

动作原因分析：

在#3机组检修期间，电气一次专业对#3主变进行了直流电阻测试，即在变压器高压侧通入直流电流，该电流在变压器铁芯上产生剩磁，变压器工作点发生偏移而进入饱和区，造成#3主变励磁电感急剧下降，在零起升压时，产生很大的励磁涌流（从录波图中可以看出，该电流具有变压器涌流的典型特征—偏于时间轴一侧），从而导致#3发电机突加电压保护动作。

2、主要因素

变压器绕组的直流电阻测试是变压器在交接、大修和改变分接开关后，必不可少的试验项目。通过测量，可以检查出设备的导电回路有无接触不良、焊接不良、线圈故障及接线错误等缺陷。但直流电阻测试会使变压器铁芯上产生剩磁，且剩磁的极性和大小都无法测得，造成投入变压器时励磁涌流大小的不确定性，对系统运行极为不利，必须采取措施予以解决。

从上面两个案例可以看出，引起保护动作的主要原因是“励磁涌流”。

3、引起励磁涌流的主要因素

1）系统的强弱

系统的越强，运行发电机功率摆动幅度越小，此时运行中机组的励磁涌流也不会很大，这是因为在变压器空充电时所需的有功、无功大部分由系统供给。

2）变压器的容量、饱和程度

变压器的容量越大、饱和程度越深，其空充电时的励磁涌流就越大，所需的有功、无功就越大，母线及机端电压就下降的越多，运行发电机功率摆动幅度就越大。

3）运行发电机与待空充电变压器的紧密程度

运行发电机与待空充电变压器联系越紧密，运行发电机功率摆动幅度就越剧烈。

4、防范措施：

a）主变直阻测量测试电流不得超过20a。避免引起绕组剩磁过大，及绕组发热等影响。直阻试验完毕后，需调换极性对变压器绕组再进行一次充电（电流为测试电流的1/10），用其所产生的磁通抵消测试验时所产生的剩磁（该方案消磁效果一般，但可消去大部分剩磁）。避免剩磁过多，励磁涌流造成影响。

b）在主变进行预试后的首次零起升压时，手动缓慢升压至其高压侧额定电压，再降至零，这样升降2次即可，然后再按正常程序操作。

c）加装涌流抑制器，虽直流电阻测试在变压器铁芯上产生剩磁的极性和大小都无法测得，但涌流抑制器可控制合闸相角，最大限度地减小励磁涌流

d）为防止发电机差动保护在主变充电时误动，由电气分部对发电机差动保护定值进行核算，必要时更改定值躲过主变充电时的和应涌流的影响。