一种励磁变与离相封闭母线反相解决方案

熊良根，郑 嵘，陈晓明（.华东电力设计院有限公司，上海0006；.博耳能源江苏有限公司，江苏无锡4000；.特变电工南京智能电气有限公司，江苏南京）

·运行分析·

一种励磁变与离相封闭母线反相解决方案

熊良根1，郑 嵘2，陈晓明3
（1.华东电力设计院有限公司，上海200063；2.博耳能源江苏有限公司，江苏无锡214000；3.特变电工南京智能电气有限公司，江苏南京211112）

励磁变压器是励磁系统中的一个重要元件，为了减少接地故障、避免相间短路以及消除钢构发热，发电机主回路以及厂用分支回路采用离相封闭母线进行连接。然而在某电厂建设施工中发生一起离相封闭母线相序与励磁变压器高压侧相序反相事故。文中对此所引起的励磁变高、低压侧的电流相位以及对励磁变差动保护、励磁调节器、发电机转子一点接地保护等方面的影响进行分析，提出了2种解决方案。考虑励磁系统以及保护定值整定方便，优先采用方案2，并进行相关仿真研究。仿真结果表明该方案完全满足励磁变差动保护、转子接地保护以及励磁调节器的要求，从而避免重新采购安装封闭母线或更换励磁变。

励磁变压器；反相序；离相封母

0 引言

励磁变压器通过整流器向同步发电机供给直流电源，一般选用YD－11接线，一方面励磁变的一次侧接成星型连接时，一次绕组的相电压仅为线电压的降低了绕组的耐压水平，二次绕组三角形连接，可以为三次谐波提供回路，用以抵消三次谐波磁通，改善电压波形［1－3］。对于大多数静止励磁系统，则出于励磁变压器与发电机封闭母线连接上的方便以及防止相间短路的考虑［4－6］。

然而，某电厂在对发电机厂用分支回路离相封闭母线与励磁变高压侧的接口进行安装时发现，励磁变高压侧厂家所标的A相、C相与发电机厂用分支离相封闭相序搞反。该电厂采用的励磁变压器为3个树脂浇注干式变压器通过铜排连接成YD－11接线，由于发电机机端封闭母线已经全部安装到位，如果为了将封闭母线的相位纠正而与励磁变高压侧同相位，那么需要重新更换部分离箱封闭母线，并且增设材料以及施工费用，则必将影响工程的建设进度。

本文将对这一相序反相情况给励磁变压器差动保护、转子接地保护以及励磁调节器等影响进行仿真分析，从改变励磁变的绕组接线上提出2种解决方案，并针对第二种方案在PSCAD／EMTDC上进行了仿真，仿真分析表明，其对励磁变差动、转子接地、以及励磁调节器励磁电压等方面均没有影响，完全满足工程实际需要，并推荐方案2供现场选择参考。

1 现场问题描述

根据规程《高压配电装置设计技术规程》（DL 5352—2006）中5.1.2条［7］，配电装置各回路相序排列宜一致，一般按面对出线，从左到右，从远到近、从上到下的顺序，相序为A，B，C，安装布置如图1所示。

图1 安装布置图Fig.1 The installation drawing

从图1可知当面对励磁变时，其设计的布置图满足从左到右A，B，C原则。但是，实际到货励磁变压器高压侧在面对变压器时从右到左为A，B，C，这样导致离相封母与励磁变高压侧A，C相序反相，而实际施工过程中一般先敷设安装好封闭母线，最后再与励磁变高压侧端子进行连接，现场工程建设紧张，从新拆除再安装封闭母线方案基本不可行。因此首先对现场该相序反相引起的其他相关影响，如励磁变差动、转子接地、励磁电压等进行分析。再在分析的基础上提出其他解决方案。

2 励磁变高压侧相序反相影响分析

2.1正常情况YD－11励磁变相位分析

正常情况下YD－11变压器相位如图2所示。

图2 正常下Y－D11变压器相位Fig.2 The phase of Y－D11 transformer in normal

从图2可以看出，当励磁变压器采用YD－11接线时，正常情况下，二次相电流在相位上滞后一次相30°，其中高、低压都是正相序［8－10］。

2.2 A，C反相时励磁变相位分析

由于系统电源是A，B，C正序，励磁变高压侧绕组A，C反相，因此C相绕组流系统A相电流，A相绕组流入系统C相电流，高压侧A，C相绕组与低压侧A，C相之间分别耦合。如图3所示。

图3中，高、低压侧C相绕组绿色标注部分，以及高、低侧A相绕组红色标注部分。这样导致低压侧绕组c实际流过电流相位与系统A相一致，而低压绕组a则实际流过的电流相位与系统C相相同。高压侧B相绕组实际流入B相为系统电流，故此低压侧b相绕组相位与系统B相一样，低压侧a，b，c绕组所流过的三相电流相位在图3（b）中可以看出满足负序关系，由于低压侧为△型接线，即流出励磁变的电流满足下列关系：

式（1）中：k为比例系数。

图3 A，C反相时变压器相位分析Fig.3 Transformer phase analysis for A and C in opposite

2.3 A，C反相时造成影响分析

在PSCAD／EMTDC上建立励磁变压器仿真模型，如图4所示。图4中励磁变参数如下：励磁变额定容量为6.6 MV·A，励磁变一次变比20 kV／1.02 kV，接线方式为YD－11，高压侧TA变比300／1，低压侧TA变比5000／1，励磁变低压侧经三相可控硅整流桥整流后向发电机转子绕组提供励磁电源，励磁绕组采用三峡左岸电厂ALSTOM机组4段π型等效电路［9］。本文通过仿真分析其对差动保护、励磁电压、转子接地等影响。

图4 仿真模型Fig.4 The simulation model

（1）对励磁变压器差动保护造成影响。励磁变压器的电气特征与一般变压器有较大差别，其所接负载为三相整流桥，导致变压器两侧电流含有丰富的谐波电流。尽管在规程《继电保护和安全自动装置技术规程》（GB／T 14285—2006）4.2.23中描述“自并励发电机的励磁变压器宜采用电流速断保护作为主保护［11－14］；过电流保护作为后备保护”，与励磁变电流速断保护相比，励磁变差动保护在内部故障检测的灵敏度以及保护动作的快速性方面有明显优势，文献［14］建议现场有条件宜装设励磁变差动保护，从文献［1］分析中可知，在励磁变低压侧发生故障时，机组差动保护不能保证可靠动作，因此也需要装设励磁变专用保护。然而在当前的微机型变压器差动保护中，大都采用相位校正和幅值校正，同时还扣除进入差动回路的零序电流分量来实现［8－10］。无论是以d侧电流为相位基准，使得Y侧电流进行移相还是以Y侧电流相位为基准，用d侧电流进行移相。由于高压侧A，C反相，尽管高压侧电流是正序，但是导致低压侧进入TA电流为负序，因此正常情况下也将会使得有较大差流存在，差动保护此时将失效。

当高压侧A，C两相接反后，励磁变两侧电流及按照YD－11整定计算的励磁变差流如图5所示。图5中，Iah2，Ibh2，Ich2为励磁变高压侧二次电流采样值；Iad2，Ibd2，Icd2为励磁变低压侧二次电流采样值，Iacd，Ibcd，Iccd为Y侧向d侧做转角后计算的励磁变差流。在A，C两相接反情况下，出现较大差流，将导致励磁变差动保护误动的可能。

图5 A，C接反时励磁变两侧电流及差流Fig.5 The two⁃side current and differential current of A and C reversed

（2）对励磁调节器造成影响。正常情况下励磁电压如图6所示，其中Ea为励磁电压瞬时值，Ea1为有效值。

而当A，C两相接反后，励磁电压波形见图7。此时参考电压为负序，同步脉冲与实际要求的正序不一致，导致最终输出波形混乱，国内一些励磁调节器将会闭锁输出脉冲［15］。

（3）对发电机转子接地影响。发电机转子接地保护的计算的前提是基于励磁电压在一个切换周期内基本不变［3，16，17］，而根据前文中励磁电压波形的分析，A，C两相接反后，励磁电压变化较大，在转子一点接地后，其接地电阻及接地位置与实际将会出现偏差。图8与图9分别为乒乓式转子接地在正常接线情况下，A，C两相接反情况下，在转子绕组40%位置，经10 kΩ接地时所测的数据。图中Rg1为一点接地电阻测量值，“A”为一点接地位置测量值。

图6 正常情况下励磁电压波形Fig.6 The excitation voltage waveform in normal

图7 A，C两相接反情况下励磁电压波形Fig.7 The excitation voltage waveform of A and C reversed

图8 正常接线情况下乒乓式转子一点接地Fig.8 The ping⁃pong rotor one point earth in normal

图9 A，C接反情况下转子一点接地Fig.9 The rotor one point earth of A and C reversed

从图8和图9可见，乒乓式原理的转子接地保护对于接地电阻和接地位置的判断将完全失真，乒乓式转子接地保护失效。

对于双端注入式原理，2种情况下的仿真波形见图10和图11。

图10 正常接线情况下注入式转子一点接地Fig.10 The injection type rotor one point earth in normal

图12 方案1Fig.12 The first scheme

图11 A，C接反情况下注入式转子一点接地Fig.11 The injection type rotor one point earth of A and C reversed

从图10、图11可以看出双端注入式转子接地保护，在励磁变高压侧A，C两相接反后，所测的接地电阻及接地位置与实际值较为接近，影响不太大，同时对于0～50 kΩ均做了测试，结果与上述分析相同，由于篇幅有限，不再附图。

3 解决方案

综上分析结果，相序反相对励磁调节器和发电机乒乓式转子一点接地保护存在影响，由于励磁变压器为3个独立的分相变压器，提出2种设想方法。

（1）将低压侧A，C两相引出线互换至C，A，使得进入三相可控硅整流桥相序与励磁变高压侧一致，此时励磁变接线为YD－1，如图12所示。

（2）将低压侧A，C两相引出线互换至C，A的同时，调整低压侧绕组接线方式，此时励磁变接线方式仍然保持YD－11，如图13所示。

通常励磁变压器采用Yd接线，在Yd接线中一般绝大部分采用Yd11方式，此时二次电压在相位上滞后一次相电压30°，这是通常励磁调节器选择晶闸管触发回路的同步变压器接线所考虑的一个因素，此外保护定值整定计算中一般在保护装置选择为Yd11方式，装置软件移相也采用Yd11。因此在不影响保护定值以及励磁调节器同步变压器接线的前提下，优选用方案2为修改方案。

图13 方案2Fig.13 The second scheme

首先对方案2进行仿真验证，修改接线后仿真如图14、图15所示。其中图14为励磁变两侧电流二次值及差流波形，图15为三相整流桥输出的励磁电压波形。图16为乒乓式转子一点接地保护波形。

从图14—16中可知，改接后的接线完全满足励磁变差动保护、发电机转子接地保护以及励磁调节器的要求。

图14 方案2的励磁变两侧电流及差流Fig.14 The two⁃side current and differential current of the second scheme

图15 方案2的励磁电压波形Fig.15 The excitation voltage waveform of the second scheme

图16 方案2的乒乓式转子一点接地波形Fig.16 The ping⁃pong rotor one point earth of the second scheme

4 结语

励磁变压器是励磁系统中最重要的元件。本文分析了一起发电机分支离相封闭母线与励磁变压器高压侧相位反相情况。从其对励磁变差动保护、励磁调节器、转子接地保护等造成的影响进行分析，在不采用拆除、重新安装离箱封闭母线情况下并提出了2种解决方案，基于考虑励磁调节系统同步变压器接线以及励磁变保护整定方便2个因素的基础上，优先采用方案2，仿真结果和理论证实方案2的可行性，最后现场通过并对励磁变回路充流、TA极性校验等试验进行验证，完全满足机组运行要求。

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A Solution for Resversed Phase⁃sequence of Excitation Transformen and Enclosure Type Isolated⁃phase Bus

XIONG Lianggen1，ZHENG Rong2，CHEN Xiaoming3
（1.East China Electric Power Design Institute Co.Ltd.，Shanghai 200063，china；2.Boer Energy Jiangsu Co.Ltd.，Wuxi 214000，china；3.TBEA Nanjing Intelligent Co.Ltd.，Nanjing 211112，china）

Excitation transformer as an important component is connerted to the enclosure type isolated⁃phase bus in the main circuit and branch circuit of generator，in order to reduce the ground fault，phases fault and eliminate steel structure fever. However，the reversed phase⁃sequence of an excitation transformer and the isolated⁃phase bus was found in the construction of a power plant，this paper analyses the influences of excitation change current phase，excitation transformer differential protection，excitation regulator，generator rotor earth protection caused by this situation，and proposes two solutions.Considering the convenient of excitation system and relay setting calculation，the second scheme become the first choice.The simulation results meet the requirements of the excitation transformer differential protection，rotor earth protection and the excitation regulator，avoiding re⁃purchase and install the isolated⁃phase bus or replace the excitation transformer.

excitation transformer；reversed phase⁃sequence；endosure type isolated⁃phase bus

TM77

：B

：2096－3203（2017）02－0121－06

熊良根

熊良根（1984—），男，江西高安人，工程师，从事发电厂、变电站、新能源电气设计和研究工作；

郑 嵘（1985—），男，江苏无锡人，工程师，研究方向为电力系统继电保护、光伏新能源技术管理；

陈晓明（1981—），男，江苏南通人，高级工程师，从事电气主设备继电保护及研究工作。

（编辑 徐林菊）

2016－10－30；

2016－12－08