励磁系统PT一次保险慢熔判别技术分析

国能神皖池州发电有限责任公司 王文栋

1 各种PT 一次保险慢熔判别技术研究

1.1 双通道电压比较判别法

发电机励磁系统应用PT 系统产生一次保险慢熔时，在辨别的过程中主要分为双通道、零序电压、负序电压等。其中，双通道是一种为了确保机组运行安全性与稳定性的系统配置形式。在具体运用的过程中，会使用两套调节器完成互相检验和实时追踪。若系统运行正常，两条通道会同时投入，一主一备，在主通道异常时，则会通过切换至备用通道进行调节，确保系统的稳定性。

在使用过程中，电压信号主要来自PT 系统。一般来讲，当PT 系统一次侧产生了保险慢熔，则采集的电压幅值会逐步下降，一旦数值信息显示电压情况与备用电压采样值的差额大于目标设定数值，则说明主通道电压小于备用通道电压，且差异十分明显，此时系统会自动判断产生了PT 一次保险慢熔异常情况，然后发出预警信号，并切换通道完成持续运行，以此保障系统的使用，为企业正常运行提供保障[1]。

1.2 机端电压与同步电压比较判别法

结合当前数据来看，在使用双通道电压辨别技术的过程中，虽然能够有效地强化PT 系统一次保险慢熔辨别质量，但是由于会受到元件性能、温度等因素的影响，因此，还需要继续进行优化才能够满足实际运用需求。结合当前来看，励磁系统采集的发电机电压的数值一部分来自PT 端口，一部分主要来自励磁变影响下的同步电压。为有效解决PT一次保险慢熔过程中单一方法使用的局限性，强化比较数据水准，要求应该在以上技术型方法运用的基础上，通过比较机端电压以及同步电压的方式强化辨别质量。

工作时，先将通道内部的机端电压与同步电压测量值进行对比，若二者的差值超出前期的设定值，则说明此时通道内部产生了PT 系统一次保险慢熔，需要及时进行信号预警，随后，切换备用通道完成后续运行，确保系统运行的稳定性与安全性，进一步强化双通道电压比较辨别的整体水准[2]。

1.3 负序电压判别与参数设定法

1.3.1 负序电压阈值设定

从辨别原理的角度来看：在设备励磁系统PT产生一次保险慢熔问题时，电压幅值会逐渐下降，这就导致系统内部的调节器在采集三相电压时会产生不平衡的情况，使系统内部出现负序电压。此时由于系统并未产生其他的故障情况，因此励磁系统的三相电流信号整体处于平衡状态，说明实际系统中负序电压应接近于零，没有对系统产生影响。但是若是调节器发现负序电压数值严重超过或者低于设定值，则说明PT 系统产生了一次保险慢熔，这也是当前辨别方式中最为常见的一种形式。

实际工作中，使用负序电压进行判断。前期准备阶段，结合需要确定使用反时限或定时限，二者的区别主要涉及负序电压的阈值、动作时间两方面。使用反时限时，先分析高压侧保险是否产生了慢熔情况以及电压是否出现波动，判断慢熔是否会导致发电机运行稳定性下降，影响电网平衡。

随后，按照最高值进行定时限处理，计算系统所采集电压数值、参数设定值的差值，相关公式如下：UAB-Uab＞5V、UBC-Ubc＞5V、UCA-Uca＞5V，其中，UAB、UBC、UCA是指三相电源中利用励磁系统采集到的PT 二次测电压数值，并根据各相分解得到的负序电压分量。Uab、Ubc、Uca则为预定的各项参数设定值。通常情况下，负序电压判断需要使用反时限技术，在具体工作中，对励磁电流限制反时限曲线进行了系统化研究，保证了阈值设定的科学性与合理性。

1.3.2 闭锁PT 慢熔判别

若是设备所接入电网存在相间故障或接地故障，则有可能使系统运行过程中产生负序电压且电压数据逐渐上升。因此，在进行系统PT 慢熔辨别的过程中，应该有效规避以上问题，需要通过闭锁出口的形式加以解决。

某次巡检变电站设备时，笔者发现一台存在闭锁PT 慢熔故障的设备，此故障导致PT 的保护功能失效，可能对电网的安全运行造成严重影响。为了分析闭锁PT 慢熔故障，技术人员选取了一座变电站的一台PT 进行实验。该PT 的额定电压为110kV，额定电流为100A，实验中，技术人员先测试了PT处于正常工况时输出电压、电流的波形数据，随后，基于PT 的绕组上加热器展开了慢熔测试，如实记录不同温度下的输出电压和电流的波形数据。通过对正常工况、慢熔状态下的波形数据进行分析，得出了以下结论：正常工况下，PT 的输出电压和电流波形稳定，没有明显的异常；慢熔状态下，PT 的输出电压和电流波形出现了明显的变化，电压波形的峰值下降，电流波形的峰值也有所下降。

在此基础上提出判别闭锁PT 慢熔方法：测试正常工况下的PT，记录输出电压和电流的波形数据；对PT 进行慢熔测试，记录不同温度下的输出电压和电流的波形数据；分析正常工况、慢熔状态下的波形数据，观察电压和电流波形的变化，如果发现慢熔状态下电压波形的峰值下降，电流波形的峰值也有所下降，则判断PT 存在慢熔故障。公司在其他变电站进行了类似的测试，发现该方法能够及时发现、判别闭锁PT 慢熔故障，使电网的安全运行得到保障。现阶段该判别方法已得到推广。

1.3.3 发电机与电网不平衡度影响

对于发电机来讲，由于结构不同且电网情况有所差异，因此在运行的过程中出口电压几乎难以达到三相平衡。GB/T15543-2008《三相电压允许不平衡度》要求此种环境下的电压不平衡度控制范围应该在2%左右，并且短时间内的不平衡度不可以超过4%。此要求是指在任何一个时间段都不能够超过限制，这样才能确保继电保护和设备运行的水准达到预期标准。若是不平衡度数据在1%以下，则阈值设定不会产生严重的影响，而若是不平衡度较大，甚至超过了1%，则需要通过调整判据阈值的形式进行处理，减少不平衡度影响。

1.3.4 通道切换不引起发电机失稳

系统PT 保险出现一次慢熔的过程中，若达到通道切换条件，系统执行调节器通道切换，会导致机端电压出现短时间内的快速下降，励磁电压快速下降，甚至出现阶级跳跃的情况。若是影响较小，机端电压波动一段时间后逐渐稳定，若是数据变动情况超过3%，则很容易受到发电机自身情况以及调节量超标等情况的影响，使发电机出现失稳情况。一旦发电机处于电网末端，则可能导致发电机振荡运行，甚至失磁保护误动的不利情况，进一步加大系统运行的危险隐患。因此需要做好科学调节，防止产生以上状况[3]。

1.3.5 模拟仿真实验

实验所选用励磁系统包括励磁变压器、PT 一次保险和励磁控制装置，先建立励磁系统的数学模型，再通过仿真计算，得到电压和电流波形数据。

实验方案：负序电压法的逻辑如图1所示，该方法强调先分析励磁系统的电压波形数据，再计算正序和负序电压的幅值并比较差值，如果负序电压的幅值超过设定的阈值，则判别为PT 一次保险慢熔故障。参数设定法则需要根据励磁系统的特性和运行经验，设定一组参数作为判别依据，比较实际测得的参数值和设定值，如果存在明显偏差，则判别为PT 一次保险慢熔故障。

图1 负序电压判别逻辑

此次模拟仿真实验得出以下结论：负序电压法能够通过分析电压波形数据，及时发现PT 一次保险慢熔故障，具有较高的准确性。参数设定法可以通过比较实际参数值、设定值，发现PT 一次保险慢熔故障，但相对于负序电压法，该方法的准确性和灵敏度较低。综上，负序电压法在判别励磁系统PT 一次保险慢熔故障方面具有较好的效果，电力公司可以采用该方法进行故障的检测和判别，保障系统的安全运行。

1.4 零序电压判别法

零序电压判别是指通过对PT 三角电压数据的实时监测，分析并对比零序电压数据与中性点零序电压的数据信息，若是监测的过程中发现出口零序电压的绝对值与前期设定的数据超过预期设定的标准范围，则说明此时产生了PT 慢熔情况。

1.5 其他判别方法

对于系统运行来讲，励磁系统高压侧保险电阻提升的主要原因包括保险与底座接触过程中的电阻逐渐提升，以至于系统调节器采集的电压逐渐下降，此时会以平均值作为计算，机端电压也会逐渐下降。而由于差值经过调节之后导致触发角度进一步降低，以至于电压电流逐渐提升，无功也随之增加。为加强对系统运行情况的了解，技术人员选择通过AVC进行检测，发现其超过预期控制值时系统调节器会下达指令，与此同时调节器中的Ugref 会每次以0.3%的速度逐渐降低。

2 各种方法优缺点比较

2.1 灵敏度比较

在系统运行的过程中，受到调节器硬件等外在因素的影响，需要在使用励磁调节器的过程中进行科学运算，并确保所有涉及的电压参数均为机端三相交流线电压的平均数，这样才能够确保最终电压计算的科学性与合理性。结合现有经验来看，励磁系统在进行一次慢熔辨别的过程中，一般会将数据偏差设定为5%左右，一旦单相PT 一次保险在慢熔的环境下出现异常情况，那么系统运行过程中的电压需要逐渐下降至15%以上才能够进行科学的判别。

结合当前来看，若是按照负序电压以及其他电压变化分析技术进行数据灵敏度研究，则此时的单相电压比例与负序电压变化整体呈现同步上升趋势。根据以往经验，在进行阈值设定的过程中，会将其设计为5%左右，与之前相同，当电压下降到15%时，且硬件采用频率能够满足精准度，则以上辨别方法从灵敏度的角度来看无明显差别，尽可以满足实际运行辨别工作需求。

2.2 可拓展性比较

励磁系统在出现一次保险慢熔的过程中，由于自身存在不确定性，因此极有可能在此过程中产生误强力等情况，若是引发的问题较为严重，甚至可能会出现机组过激磁保护或者其他保护误动作。为有效强化PT 慢熔辨别的精准度，减少以上异常情况的产生，需要科学地借助辨别技术，并在此基础上进行拓展性研究。结合当前情况来看，部分系列的励磁调节器在使用的过程中可以在原有电压数据辨别的同时引入电压跌落分析，以此补充拓展性。然而PT 慢熔在发展的过程中不确定性较为严重，因此在设定方面难度较高。结合当下来看，在进行电压跌落速率分析的过程中，通常会将数据设定为5pu/s，进而完成初步判断。而部分系列的调节器在进行逻辑设定的过程中则引入了负序电压反时限进行可拓展研究。

具体工作中，技术人员在原有5%的设定基础上，通过设计动作、延时等方式完成慢熔判断。此种形式在使用的过程中应充分分析不平衡度对定值规划的影响，并按照我国不平衡度相关要求进行分析，防止出现阈值设置不当而引发的错误判断情况。

3 结语

总而言之，励磁系统是发电机组重要的基础设备，要减少故障的发生，就需要科学的进行逻辑设定，以此实现慢熔辨别，帮助系统完成预警和处理，减少对机组运行的影响。与此同时，要强化辨别技术的使用，加强技术对比分析，选择恰当的基础形式完成辨别，确保最终辨别的精准度，为相关行业发展奠定基础。