保护19过励磁保护

"变压器过励磁保护方法

变压器在运行中，电压增高或频率降低时，会出现过励磁。现代大型变压器采用冷轧晶粒定向硅钢片，选择饱和磁密Bs与额定工作磁密B0之比仅为1.1左右，更容易因过励磁而造成变压器的损伤。
目前大型变压器都要求安装过励磁保护。根据电压 u，频率 f 和磁通密度 B 的关系，一般采用下式检测磁通密度，即：
B=k.u/f .
过励磁倍数 N 可以表示为：
N＝B/B0＝urel/frel.
式中　urel——电压相对额量的标幺值，
urel＝u/u0；
frel——基频频率相对于额定量的标幺值，
frel＝f/f0；
Trel——基频周期相对额定量的标幺值，
Trel＝T/T0.
2.1　
常规过励磁保护

常规过励磁保护多采用RC电路串联分压，依靠电容器C两端电压Uc来近似反映过励磁倍数。通常包括两段定时限，如当N＝1.05～1.2时以第一段时限发信号，当N＝1.25～1.4时按第二段时限跳闸。
过励磁对变压器的损伤主要是过压过热引起的，有一个时间积累过程。变压器允许过励磁运行的时间随过励磁倍数而不同，美国、德国等国家都制定了过励磁倍数与允许运行时间关系曲线，这类曲线具有反时限特征。因此理想的过励磁保护应有反时限动作特征，并能反映过励磁时间积累过程。计算机技术为满足这些要求提供了方便。


1.为什么大型变压器应装设过励磁保护
根据大型变压器工作磁密B与电压、频率之比U/F成正比,即电压升高或频率下降都会使工作磁密增加。现代大型变压器,额定工作磁密BN=17000～18000高斯,饱和工作磁密BS=19000～20000高斯,两者相差不大。当U/f增加时,工作磁密B增加,使变压器励磁电流增加,特别是在铁芯饱和之后,励磁电流要急剧增大,造成变压器过励磁。过励磁会使铁损增加,铁芯温度升高;同时还会使漏磁场增强,使靠近铁芯的绕组导线、油箱壁和其它金属构件产生涡流损耗、发热、引起高温,严重时要造成局部变形和损伤周围的绝缘介质。因此,对于现代大型变压器,应装设过励磁保护。

2."什么是变压器的过励磁？变压器的过励磁是怎样产生的？
答:当变压器在电压升高或频率下降时都将造成工作磁通密度增加,当变压器的铁芯磁通进入饱和区时,称为变压器过励磁。
当出现下列情况时,都可能产生较高的电压引起变压器过励磁:
1、系统因事故解列后,部分系统的甩负荷引起过电压；2、铁磁谐振过电压；3、变压器分接头连接调整不当；4、长线路末端带空载变压器或其他误操作；5、发电机频率未到额定值过早增加励磁电流；6、发电机自励磁等情况。
变压器的过励磁可能产生什么后果？

如何避免？
答:当变压器电压超过额定电压的10%时,将使变压器铁芯饱和,铁损增大。漏磁使箱壳等金属构件涡流损耗增加,造成变压器过热,绝缘老化,影响变压器寿命甚至烧毁变压器。避免方法:
1、防止电压过高运行。一般电压越高,过励情况越严重,允许运行时间越短。
2、加装过励磁保护:根据变压器特性曲线和不同的允许过励磁倍数发出告警信号或切除变压器。"

2.2　计算机过励磁保护

计算机过励磁保护虽然也可以采用传统的方法，即通过RC串联电路将Uc作为输入信号直接反应N的变化，但这样需单独占用一个模入通道。为节省通道(尤其在全套计算机变压器保护中)，可采用已有的电压输入量，通过数字计算来实现过励磁保护。
用计算机实现时可以先分别计算瞬时电压 u 和频率 f(或周期 T)，然后再计算N0 。
电压u的计算比较容量，对u采样与离散化，即可得到采集数据。在采样过程中应遵循香农采样定理。
频率f的测量，可采用“全周波波形过零监视器”方法，通过检测周期T实现。这种方法简便易行，计算量小，实践证明安全能满足精度要求。其原理是先将输入信号整型成同周期的方波，并用高速脉冲计数器(即CTC)对方波持续一周期时间进行计数，计数器的起停由方波上升沿(或下降沿)控制，计数结果可反映输入电压周期T的长短，即确定了f的大小。因计数结果是从计数器读入的，故不占模入通道，但需要附加一个简单的外部过零检测电路。
频率f的测量也可以不用任何附加电路，而直接使用“频率跟踪采样”算法，得到当前采样周期 Ts，这是因为 Ts与当前频率 f 及周期 T 保持确定的关系。
这类测频当前的共同的特点是依靠检测波形过零点，但故障扰动过程中可能出现额外过零点而造成大的测量误差，此时可利用频率不会突变的特点来剔除坏测量数据，或者在扰动发生时暂停频率测量，过后再恢复。


3　过励磁保护特性的计算方法

过励磁保护特性的算法有多种，下面介绍一种可行的算法。
变压器过励磁后，引起铁芯温度升高，造成局部过热，其主要原因之一是铁损增加。铁损随频率下降而增加，随电压上升的平方值成比例增加。为了计及过励磁的时间累积效应，定义一个综合过励磁倍数 Nm为
(1)
式中 Nk——k 时刻过励磁倍数；
Tk——Nk 相应的持续时间；
m——累积计算次数。
当过励磁倍数 Nm 超过动作门坎值 Ng 后，根据反时限特性曲线得到动作时延，定时器开始计时，只要计时未到，就反复计算式(1)，并根据给定的反时限特性不断用新的综合过励磁倍数 Nm 决定允许时

延 Tm，再减去现已达到的时延，便得到还需要的时延ΔTm，即
ΔTm＝Tm-ΣTK (2)
很显然，公式(1)和公式(2)不仅考虑了当前时刻的过励磁信息，也包含了从定时器起动时刻到当前时刻这一段时间里的过励磁信息。
另一个问题是如何实现反时限特性。由于不同的变压器其过励磁能力各不相同，如果用某种固定的函数关系 t＝f(N)来实现反时限特性会引起较大的误差。制造厂家都给出了变压器“过励磁倍数-允许运行时间”曲线，或者几个特殊的过励磁倍数与相应的允许运行时间值。对于前一种情况，可将曲线数字化后变为表格输入计算机，通过查表的方法来得到反时限特性；对于后一种情况，则需要通过曲线拟合来近似得到完整的曲线。困难之处是在不知反时限特性曲线的情况下，难以确定采用什么拟合方法最好。最简单的可用线性插值法来拟合。由于允许过励磁倍数反时限特性曲线均具有下凸的特点，在插值点上得到允许时间将会略大于实际允许时间。通常对应于过励磁倍数较大时，有一段反时限特性曲线曲率较大，为避免线性插值带来较大误差，需要根据实际情况采用非线性拟合，如抛物线、平方曲线拟合、最小二乘法等。这时减小实时计算量，最好是事先离线多计算几点，或者用整定软件事先多计算几点，以表格形式存入计算机内存，而实时计算时只用线性插值算法。
过励磁保护通常需要两个起动门坎值：达到较低门坎值(N＝1.05)时，提醒运行人员调整变压器工况，避免更严重的过励磁；超过较高门坎值(N＝1.08)并达到了过励磁特性曲线所允许的运行时间后即动作于跳闸。


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5.10 变压器过励磁保护
过励磁保护设一段定时限和反时限，定时限段动作于信号；反时限段断开变压器各侧断路器。
5.8.1 定时限过励磁保护
1）? 励磁倍数N1
按略大于变压器制造厂提供的允许过励磁特性曲线(参数)中的长期允许值整定。
2）? 动作时间
一般取t1=5 s
5.8.2 反时限过励磁保护
按变压器制造厂提供的允许过励磁特性曲线(参数)通过作图法确定反时限过励磁保护动作特性曲线。图中曲线1为制造厂给出的变压器允许过励磁能力曲线；2为过励磁保护整定的动作特性曲线。

图 14 反时限变压器过励磁保护整定图例
4.8.1 定子铁心过励磁保护
对于300MW及以上发电机，当发电机与主变压器之间无断路器而共用过励磁保护时，其整定值按发电机或变压器过励磁能力较低的要求整定（通常发电机过励磁能力较低）。当发电机与主变压器之

间有断路器时，需同时配置发电机过励磁保护和变压器过励磁保护，其定值按各自允许的不同过励磁倍数分别整定。
4.8.1.1 定时限过励磁保护发信段
1）励磁倍数N1
按与励磁调节器的励磁限制倍数（励磁系统厂家提供）配合，并略大于制造厂提供的允许过励磁特性曲线(参数)中的长期允许值。
2）动作时间
一般取t1=5 s
4.8.1.2 定时限过励磁保护跳闸段
1）励磁倍数N2
按制造厂提供的允许过励磁特性曲线(参数)中的较大过励磁倍数整定，一般取
N2=1.25～1.35
2）动作时间
t2取反时限过励磁保护动作特性曲线上对应于N2点的动作时间。
4.8.1.3 反时限过励磁保护
按制造厂提供的允许过励磁特性曲线(参数)通过作图法确定反时限过励磁保护动作特性曲线。反时限过励磁保护下限定值应大于过励磁保护发信段定值。