王海波
（淮北申皖发电有限公司安徽淮北235000）
摘要：由于自并励励磁系统具有回应速度快、稳定性能优越等特点，正成为国内外新机组优选的主要励磁方式。但在自并励励磁系统的实际应用中存在一些问题，如与励磁变压器保护配合关系。通过对实际应用系统进行分析、计算，提出一个符合科学实际的保护配置方案。
关键词：自并励励磁系统；变压器；保护方式；计算；配置方案
引言
近年来，由于继电保护的改进、故障切除时间的缩短，使用同样强励倍数的自并励静止整流励磁系统（简称自并励励磁系统如图1所示）的电力系统的瞬时稳定水平高于使用常规的交流励磁机励磁系统，自并励励磁系统不影响电力系统继电保护的正确动作。由于大功率可控硅整流装置性能的提高，使自并励励磁系统的可靠性高于交流励磁机励磁系统，特别是自并励励磁系统缩短了机组轴系长度，降低了机组的振动，同时由于快速励磁的采用，提高了励磁系统的回应速度，提高了电力系统瞬时稳定和电压稳定，对于大型汽轮发电机自并励励磁系统具有明显的优越性。但在自并励励磁系统的实际应用过程中，也存在一些困难和问题，其中自动励磁调节器与励磁变压器保护间配合关系就是突出的一方面。本文通过对励磁变电流和电压的核算，确定励磁变能否满足自动励磁调节器强励要求入手，解决在新建电厂初期励磁变压器及自动励磁调节器选型及保护整定计算与配合问题。
2励磁变压器有关参数核算
2.1励磁变压器低压侧电流核算
国家或行业相关标准规定：励磁系统输出电流必须大于1.1倍发电机额定励磁电流并可长期连续运行。对于自并励励磁系统的全控可控硅整流桥，直流侧输出直流电流与励磁变压器低压侧线电流的关系式为：
式中：：励磁变压器低压侧线电流；
：励磁系统输出直流电流。
因此当输出为额定励磁电流的1.1倍时，对应励磁变压器低压侧线电流即为励磁变压器低压侧额定线电流，则有：
励磁变压器二次侧电流=4069.7184A<4399A，所以励磁变低压侧额定电流满足励磁系统输出电流必须大于1.1倍发电机额定励磁电流并可长期连续运行的要求。
2.2励磁变压器低压侧线电压
励磁变压器低压侧线电压U2与发电机励磁电压Uf、励磁电流If关系：
式中ZETK为励磁变短路阻抗，单位为欧姆；α为晶闸管触发角。
根据相关国标、行标及要求规定，在发电机额定电压时，100MW及以上采用自并励励磁的汽轮发电机励磁系统顶值电压倍数要求达到2.25倍，相应的励磁系统顶值电流倍数为2倍，取Uf=2.25UfN，If=2IfN，α=αmin，得：1.35×U2×cosαmin≥K×（2.25UfN＋3/π×ZETK×2IfN），
K为考虑回路接触电阻、其他杂散损耗造成电压降后的冗余系数，可取1.02。
某厂2*660MW汽轮发电机，额定励磁电压为445V，额定励磁电流为4534A；励磁变压器二次侧额定线电压为945V，二次侧额定线电流为4399A，短路电压百分比为8%；αmin=10°。
ZETK=8%×945/（1.732×4399）=0.01（Ω）
1.35×U2N×cos10°＝1256A≥1.02×（2.25×445＋3/π×0.01×2×4534）＝1109A
经核算，该机组励磁变压器参数满足强励要求。
3励磁变压器保护
首先，我们根据继电保护四个特性即“可靠性、选择性、速动性、灵敏性”来分析励磁变压器保护配置，选择最优的保护配置方案。
3.1励磁变差动保护
励磁变差动保护由双斜率比例差动保护和差动速断保护组成，作为变压器内部故障的主保护，主要反映变压器油箱内部、套管和引出线的相间和接地短路故障。
由于励磁变压器工作条件较差，为晶闸管整流负载，当波形严重不对称时，由于二侧为5P20型TA，差动保护出现较大不平衡电流，正常运行时最大不平衡差电流有时比其他变压器大的多，所以适当取较大值，励磁变差动保护最小动作电流取：Iop.min=（0.8-1）IN/na。
励磁变差动保护在励磁内部及引出线的相间及接点短路故障时
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可立即动作于跳闸，满足继电保护的选择性、灵敏性、速动性，但因励磁变压器工作条件较差，差动保护出现较大不平衡电流，所以无法满足可靠性。故根据各厂实际情况选择励磁变差动保护是否投用。
3.2励磁变电流速断保护
电流速断保护接线简单可靠，动作迅速，因而是励磁变压器必须配置的保护之一。
整定原则：按躲过励磁变压器低压侧最大三相短路电流进行整定。即：
式中：为相电流速断保护二次动作电流整定值；为可靠系数，一般取1.3-1.5；为励磁变压器低压侧母线最大三相短路电流；为电流互感器变比。
励磁变低压侧三相短路流过高压侧的电流为
结合继电保护选择性，避免保护越级跳闸，速断保护需要躲过励磁整流柜快速熔断器的动作时间，取动作时间为0.5s。
3.2励磁变压器过流保护
）按躲过发电机正常强励电流计算，取强励倍数为2，则：
2）灵敏度校验：按励磁变低压侧两相短路进行校验
励磁变低压侧三相短路时：
励磁变低压侧二相短路时：
励磁变低压侧二相短路时，流过高压侧的电流为：
满足要求
按躲过励磁整流柜快速熔断器的动作时间，取延时为1.0s。
4结束语
自动励磁调节器和励磁变压器的正确配合对发电机组安全稳定运行起着至关重要的作用，在初期自动励磁调节器和励磁变选型之前要计算出两者的整定配合关系，以防止励磁变压器因不满足机组强励要求或保护配合不当造成机组停机或设备损坏的重大事故发生。