摘要：年夜容发机电变压器组采用自并励励磁系统后，由于机端短路电流很年夜，以致很难选择供励磁变压器庇护用的高压侧电流互感器。提出哄骗发机电变压器组的不完全接线差动庇护和励磁变压器用庇护配合分管整个励磁变压器庇护，以便下降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定见。同时比力了励磁变压器差动庇护和过流庇护方案的劣，建议励磁变压器采用电流速断作为主庇护以简化接线。
关头词：励磁变压器；继电庇护；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机电自并励静止励磁装备的机端励磁变压器（以下简称励磁变）不配供继电庇护。其理由为：如欲装设励磁变庇护，为知足继电庇护的靠得住性、活络性和速动性要求，励磁变高压侧电流互感器（以下简称励磁变TA）应知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份凡是跨越100kA，而励磁变的额定工作电流仅只100A左右，是以势必造成该TA体积庞年夜、安装坚苦、装备造价昂贵，而励磁变又少少可能发生内部故障，所以不配装庇护。
然而，虽然励磁变工作电压不高、容不年夜，可是发生内部故障的可能性总是存在的。依据文献［1～2］的相关条则划定，励磁变应设置装备摆设需要的庇护，显然没有理由可以抛却对励磁变实施有用庇护。为此有需要对励磁变的庇护方案及其高压侧庇护用电流互感器的选择作些探讨。
为便于计议，本文以某厂一期设计4台300MW级机组，终规模再扩建2台600MW级机组为例，且假定全数发机电均接进220kV系统。其电气系统接线示定见图1，等值阻抗见图2，阻抗标幺值换算见表1。且算得d1和d3点短路电流划分为113．57kA和1．203kA。
2 励磁变庇护方案
励磁变主庇护方案不外乎差动庇护和电流速断庇护。图3和图4划分为励磁变装设差动庇护和电流速断庇护方案图，由于励磁变分支事实上对机组组成了不完全差动庇护接线，是以图中还画出了发机电变压器组（以下简称发变组）范围内与励磁变庇护有关的主庇护设置装备摆设图。下面将就励磁变庇护方案中的一些问题作些计议。
2．1 励磁变分支对发变组差动庇护和主变压器差动庇护的影响
从图3和图4接线可知，由于励磁变分支未接进发变组差动庇护和主变压器差动庇护（以下合称机组差动庇护）回路，因而组成了机组差动庇护的不完全接线，对此需要斟酌以下影响：
（1）励磁变的正常工作电流是否会引发机组差动庇护误动
据年夜型发机电变压器继电庇护整定导则，机组差动庇护的小动作电流Iop．min应年夜于差动庇护回路不服衡电流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为机组差动庇护电流互感器变比，对300MW级机组，凡是为15000／5；Krel为靠得住系数，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为变压器调压引发的误差，取调压范围中偏离额定值的年夜值，本例中为0．075；Δm为电流互感器变比未完全匹配发生的误差，取0．05。
将各系数代进式（1），得
Iunb．min＝1．5×（0．06＋0．075＋0．05）×9623A÷15000／5＝0．89A
由于机组差动庇护为不完全接线，故差动回路的不服衡电流中尚应计及励磁变正常工作电流对其影响。本例励磁变年夜可能的工作电流IN．E的年夜小为：
IN．E＝96．23A÷15000／5＝0．032A
（15000／5为回算至机组差动庇护回路TA电流比）。
是以正常工况下机组差动庇护回路不服衡电流：Iunb＝Iunb．min＋IN．E＝0．89＋0．032＝0．922A。为使庇护不发生误动，要求iop．min≥Iunb，在工程计较中，凡是取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
计较成效讲明，只要庇护整定计较中充实斟酌励磁变的正常工作电流影响，不完全接线的机组差动庇护不会发生误动。也就是说，由于励磁变容相对较小，其正常工作电流仅占全数不服衡电流的3．5％，事实上不会对机组差动庇护的整定计较发生实性影响。
（2）励磁变低压侧短路时机组差动庇护能否靠得住动作
由于年夜容机组的励磁变高压分支中没有装设任何开断短路电流的装备，一旦励磁变低压侧d3点发生短路，不管由励磁变用庇护动作，仍是由机组差动庇护动作，都必需立即停机。此时如机组庇护真能靠得住动作，则可不装设励磁变用庇护。
已知励磁变低压侧d3点三相短路电流为1203A，将其回算至机组差动庇护二次回路的短路电流为：
Id3＝1203A÷15000／5＝0．401A
计及差动回路的不服衡电流后，即流进继电器的电流0．89A＋0．401A＝1．291A已年夜于机组差动庇护定值电流0．963A。但从庇护意义上说，机组差动庇护对励磁变低压侧d3点发生短路的活络度是不知足要求的。是以励磁变低压侧短路时机组差动庇护不能保证靠得住动作，需要装设励磁变用庇护。
2．2 励磁变TA准确限值系数选择
前面提到如在励磁变高压侧装设庇护，励磁变庇护用TA势必体积庞年夜，造价昂贵，安装坚苦。对此计议以下。
2．2．1 不能以励磁变分支高压侧引线短路作为选择励磁变TA准确限值系数的条件
凡是为使庇护快速、靠得住地震作，要求在图3和图4中励磁变分支高压引线d1处短路时，励磁变庇护用电流互感器在年夜短路电流作用下仍应保证其复合误差。已知此点短路电流为IK1＝113．57kA，而励磁变高压侧额定电流仅为IN．E＝96．23A。由于励磁变分支额定电流很小，而d1点短路电流很年夜，即使励磁变TA一次侧额定电流按1000A斟酌（比励磁变额定电流年夜10倍），经由过程此电流互感器的短路电流与其额定一次电流之比也将达100倍左右。以此条件选择电流互感器的准确限值系数不管是从技术性仍是从经济性斟酌都是不成取的，是以不能按励磁变高压侧引线短路作为选择励磁变TA的条件。
2．2．2 可以哄骗不完全接线的机组差动庇护来下降TA准确限值系数
不完全接线的机组差动庇护对励磁变内部短路具有一定的庇护作用。例如当励磁变高压绕组始端发生短路时机组差动庇护肯定会动作。是以可以充实哄骗机组不完全差动庇护接线（而且是两重化庇护）和励磁变用庇护来配合分管整个励磁变庇护。也就是说，励磁变内部短路时发生的短路电流在数值上只要能知足机组差动庇护靠得住动作要求，机组差动庇护自然会对其提供有用庇护。仅当此短路电流年夜小不知足机组差动庇护活络性要求时，才要求由励磁变用庇护阐扬作用。显然，励磁变庇护用TA只需按此条件斟酌即可。坚苦在于若何肯定这类庇护分管界面。若是囿于计议励磁变绕组内部什么部位，发生哪种短路，甚至往求出对应的阻抗来肯定上述条件的界面，势必永远得不到解答，由于励磁变绕组内部短路具有种组合。可是，不管什么样的短路城市发生短路电流，而且一定的短路电流值都对应一定的短路阻抗。据此理由，可以没必要拘泥于根究励磁变绕组内部各类各样短路形式的阻抗值，而是直接从短路电流进手，即从知足机组差动庇护活络性的角度动身，找出在假定条件下小动作电流，以此推出短路阻抗值，依据上述阻抗与电流对应的概念，进而得出肯定准确限值系数所需的年夜短路电流。
为便于推算，假定发机电的正序电抗等于负序电抗，同时暂且假定在励磁变内部距始端不异匝数部位发生了两相短路和三相短路，且疏忽励磁变激磁阻抗，其等效电路是线性的，因而知足I（2）k＝的关系式。众所周知，欲使机组差动庇护靠得住动作，必需知足小运行方式下两相短路时庇护活络度要求，计较用等效阻抗图见图5。经前面计较已知机组差动庇护动作电流整定值为0．953A，据活络度计较公式，得励磁变绕组内部d2点两相短路时能使机组差动庇护靠得住动作的小短路电流为：
（式中3．113A为发机电二次回路的额定电流）；
查汽轮发机电运算曲线得转移电抗为1．45，回算至以系统容为基准的电抗值，得：Xd2＝0．373。
此计较值即为在励磁变绕组内部假定部位短路时，能保证机组差动庇护靠得住动作的总短路阻抗，由图5即可求出所计议的励磁变内部d2点短路等效阻抗：Xj＝Xd2－XI＝0．373－0．0477＝0．325。
有了假定阻抗Xj，不难算出图2接线中年夜运行方式下d2点发生三相短路时流过励磁变的短路电流。经等值电路化简，算得此时年夜三相短路电流I（3）d2．max＝6．92kA。
上面计较是在假定励磁变内部A、B、C三相绕组中距其始端不异匝数部位发生二相和三相短路，而且是基于线性电路的条件下求得的。由于我们的目的在于年夜致估算出（而不是准确计较）某一短路电流值作为庇护分管界面的化概念，以便肯定当外部电路中流过的短路电流年夜于此电流值（或显现的等效短路阻抗小于Xj）时，由机组差动庇护动作对励磁变实施庇护，而小于此电流值（或显现的等效短路阻抗年夜于或等于Xj）时，则由励磁变用庇护工作。而没有需要往根究绕组内部短路事实是什么形式，发生在什么部位，和事实存在几多种组合可以作为机组差动庇护和励磁变用庇护的分管界面。
凭据上面计较成效，并注重到某些制造厂机组的电抗值可能较小，且有些系统的短路容较年夜，在充实斟酌平安、靠得住等身分后，可以年夜胆假定励磁变
用庇护起头阐扬作用时的年夜短路电流不会跨越10～15kA。显然以此电流作为选择励磁变TA的依据，即可年夜年夜下降电流互感器的准确限值系数，从而削减电流互感器的尺寸，并下降造价。
2．2．3 励磁变高压侧电流互感器准确限值系数选择
依照国标《GB1208－1997 电流互感器》的划定，适合励磁变TA的参数组合有：（500A，10P30），（750A，10P20），（1000A，10P15），（1500A，10P10）几种。曾就这四种电流互感器体积、重和参考价向制造厂调研，调研内容还包括（400A，10P40）非标产物。
据几家厂家回函分析，年夜致结论以下：
从表2可知：a）一样准确级次和额定电压条件下，TA的额定电流比越小，其外形尺寸越年夜，重越重，价格越高；b）TA的额定电流比越小，要求有较年夜的额定输出越不容易。c）额定一次电流为750A，1000A，1500A三种电流互感器在知足准确限值系数和所需负荷的条件下相关数据基底细同。由于励磁变容较小，应尽选择较小的额定一次电流，即750A或1000A的电流互感器。固然也可选择500／电流互感器，但这时候其额定输出不能跨越15VA，否则电流互感器的外形尺寸、重和造价将会年夜年夜增加。另外，瞄准确限值系数为40（非标）的400／电流互感器进行调研成效讲明：大都厂家或容太小（仅为5VA），或尺寸、重及价格偏高。仅只沈阳互感器厂生产的LRB－20，400／，30VA，10P40型电流互感器比力适合，此电流互感器与该厂1000／，50VA，10P15同型互感器相比，其外型尺寸、重和价格划分增加了2．91、2．67和1．67倍。
在此顺便指出，上述励磁变庇护用的TA为套管型穿心式电流互感器，不会感遭到短路电流的应力作用，某些工程中按承受短路电流动稳定能力作为选择此电流互感器条件是不恰当的。
2．3 励磁变庇护方案计议
图3和图4均为经常使用励磁变主庇护方案。其中图3的励磁变主庇护采用差电流接线，庇护范围明确，可是需在励磁变低压侧增加一组电流互感器及响应二次电缆；图4采用电流速断作为主庇护，接线简单，然而凡是情况下为避免越级动作，电流速断庇护需按躲过励磁变低压母线年夜短路电流和励磁涌流条件整定，是以不能100％庇护励磁变内部绕组及低压侧引线短路。建议励磁变采用电流速断庇护以简化接线，由于励磁变是门用于向发机电励磁回路的可控功率桥供电，而功率桥交流臂支路和每一个晶闸管均装有快速熔断器庇护。一旦功率桥的交流母线或直流母线发生短路，也势需要求立即停机，此时如励磁变庇护动作跳闸，有益于故障断根。而当短路发生在快速熔断器以后时，由于熔断用具有快速断弧特征，且其额定电流很小，故励磁变速断庇护理应能和快速熔断器的动作时间相配合。如一定要追求选择性，可以斟酌采用限时速断庇护来进行配合。依据上述概念，励磁变的电流速断庇护范围无妨包括其低压侧引线短路，只按躲过励磁涌流条件整定，以便100％庇护励磁变绕组，即：
3 结论
综合以上论述，回纳以下：
（1）依据相关规程要求应设置装备摆设需要的励磁变继电庇护。
（2）励磁变TA准确限值系数没必要按其高压分支短路条件选择，300MW及以下机组可按一次短路电流10～15kA作为选择励磁变TA准确限值系数的条件。TA额定电流比应尽接近励磁变一次额定电流，但需斟酌其外形尺寸、重和造价等各类因数。
（3）励磁变可以采用电流速断庇护以简化接线，为了100％庇护励磁变绕组及低压侧引线，建议此电流速断庇护仅按躲过励磁变涌流条件整定。如要求保证选择性，可采用限时速断庇护。