工程实用励磁变压器保护方案探讨

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1、工程实用励磁变压器保护方案探讨徐绍麟（中南电力设计院，湖北武汉　430071）   摘 要：大容量发电机变压器组采用自并励励磁系统后，由于机端短路电流很大，以致很难选择供励磁变压器保护用的高压侧电流互感器。提出利用发电机变压器组的不完全接线差动保护和励磁变压器专用保护共同分担整个励磁变压器保护，以便降低对其高压侧电流互感器准确限值系数要求，并对励磁变压器高压侧电流互感器额定电流比选择给出参考意见。同时比较了励磁变压器差动保护和过流保护方案的优劣，建议励磁变压器采用电流速断作为主保护以简化接线。   关键词：励磁变压器；继电

2、保护；准确限值系数；额定电流比1　概述　　工程实践中，某些由国外供货或引进的发电机自并励静止励磁设备的机端励磁变压器（以下简称励磁变）不配供继电保护。其理由为：如欲装设励磁变保护，为满足继电保护的可靠性、灵敏性和速动性要求，励磁变高压侧电流互感器（以下简称励磁变TA）应满足励磁变分支短路时的准确限值系数要求。对于300MW机组此短路电流的周期分量通常超过100kA，而励磁变的额定工作电流仅只100A左右，因此势必造成该TA体积庞大、安装困难、设备造价昂贵，而励磁变又极少可能发生内部故障，所以不配装保护。　　然而，尽管励磁变

3、工作电压不高、容量不大，但是发生内部故障的可能性总是存在的。依据文献［1～2］的相关条文规定，励磁变应配置必要的保护，显然没有理由可以放弃对励磁变实施有效保护。为此有必要对励磁变的保护方案及其高压侧保护用电流互感器的选择作些探讨。　　为便于讨论，本文以某厂一期设计4台300MW级机组，最终规模再扩建2台600MW级机组为例，且假定全部发电机均接入220kV系统。其电气系统接线示意见图1，等值阻抗见图2，阻抗标幺值换算见表1。且算得d1和d3点短路电流分别为113．57kA和1．203kA。2　励磁变保护方案　　励磁变主保护

4、方案不外乎差动保护和电流速断保护。图3和图4分别为励磁变装设差动保护和电流速断保护方案图，由于励磁变分支事实上对机组构成了不完全差动保护接线，因此图中还画出了发电机变压器组（以下简称发变组）范围内与励磁变保护有关的主保护配置图。下面将就励磁变保护方案中的一些问题作些讨论。2．1　励磁变分支对发变组差动保护和主变压器差动保护的影响　　　　从图3和图4接线可知，由于励磁变分支未接入发变组差动保护和主变压器差动保护（以下合称机组差动保护）回路，因而构成了机组差动保护的不完全接线，对此需要考虑如下影响：　　（1）励磁变的正常工作电

5、流是否会引起机组差动保护误动　　据大型发电机变压器继电保护整定导则，机组差动保护的最小动作电流Iop．min应大于差动保护回路不平衡电流Iunb．min，当变压器带额定负荷时：　　Iunb．min＝Krel（Ker＋ΔU＋Δm）IN／na（1）式中：IN为变压器的额定电流；na为机组差动保护电流互感器变比，对300MW级机组，通常为15000／5；Krel为可靠系数，取1．3～1．5；Ker为电流互感器的比误差，对于10P型TA取0．03×2；ΔU为变压器调压引起的误差，取调压范围中偏离额定值的最大值，本例中为0．075；

6、Δm为电流互感器变比未完全匹配产生的误差，取0．05。将各系数代入式（1），得   Iunb．min＝1．5×（0．06＋0．075＋0．05）×9623A÷15000／5＝0．89A　　由于机组差动保护为不完全接线，故差动回路的不平衡电流中尚应计及励磁变正常工作电流对其影响。本例励磁变最大可能的工作电流IN．E的大小为：   IN．E＝96．23A÷15000／5＝0．032A（15000／5为归算至机组差动保护回路TA电流比）。　　因此正常工况下机组差动保护回路不平衡电流：Iunb＝Iunb．min＋IN．E＝0．89

7、＋0．032＝0．922A。为使保护不发生误动，要求iop．min≥Iunb，在工程计算中，通常取Iop．min＝（0．2～0．5）IN／na，这里暂按0．3IN／na进行估算，即：Iop．min＝0．3IN／na＝0．3×9623A÷15000／5＝0．3×3．21A＝0．963A＞0．922A　　计算结果表明，只要保护整定计算中充分考虑励磁变的正常工作电流影响，不完全接线的机组差动保护不会发生误动。也就是说，由于励磁变容量相对较小，其正常工作电流仅占全部不平衡电流的3．5％，事实上不会对机组差动保护的整定计算产生实质性

8、影响。　　（2）励磁变低压侧短路时机组差动保护能否可靠动作　　由于大容量机组的励磁变高压分支中没有装设任何开断短路电流的设备，一旦励磁变低压侧d3点发生短路，无论由励磁变专用保护动作，还是由机组差动保护动作，都必须立即停机。此时如机组保护真能可靠动作，则可不装设励磁变专用保护。　　已知励磁变低压侧d3点