基准电压不一致，为什么会引起主变过励磁保护误动？

润电能源科学技术有限公司的研究人员关延伟、厉志波、岳啸鸣，在2020年第12期《电气技术》上撰文，通过对一起主变过励磁保护误动的原因分析认为，保护定值计算采用的基准电压与变压器过励磁能力曲线基准电压不一致是造成主变过励磁保护误动的主要原因，并通过对不同主流保护厂家主变过励磁保护算法的调研，给出了不同保护厂家主变过励磁保护定值整定计算中应注意的问题及防止保护误动的预防措施，为主变过励磁保护定值整定计算和主变过励磁保护安全及其可靠运行提供了有益参考。

过励磁保护是大型变压器主要保护之一。变压器过励磁后，会使励磁电流增大，铁心饱和，漏磁增加，引起变压器温度升高，加速绝缘老化，降低变压器使用寿命，甚至会造成铁心主绝缘损坏而烧坏变压器。因此，规程[1]明确规定“对于高压侧为330kV及以上的变压器，为防止由于频率降低和/或电压升高引起变压器磁密过高而损坏变压器，应装设过励磁保护”。

对发变组接线，发电机过励磁能力一般均弱于主变压器，根据规程[2]要求，生产中，只投发电机过励磁保护即可保护到主变压器，但当发电机与主变压器之间有断路器，主变压器存在倒送电运行方式时，主变过励磁保护应投入运行。

本文通过对一起220kV主变压器过励磁保护误动的原因分析认为，保护定值计算采用的基准电压与变压器过励磁能力曲线基准电压不一致是造成主变过励磁保护误动的主要原因。通过对不同主流保护厂家主变过励磁保护算法调研，本文给出了主变过励磁保护在整定计算中应注意的问题及防误动预防措施，对主变过励磁保护定值计算和主变过励磁保护安全及其可靠运行具有一定的参考意义。

1  案例概述

某电厂2×330MW供热机组，故障前220kV开关场双母线合环运行，1号主变运行在220kV Ⅰ母。1号发电机有功负荷为228MW，无功负荷为86MVA，AVC正常运行。

2018年12月22日07:36:23，1号主变保护B屏（置型号为南瑞继保RCS-985BT，版本号3.11），主变过励磁反时限保护动作，跳1号主变高压侧2201断路器，跳1号发电机出口GCB开关，关1号汽轮机主汽门，起动1号机快切装置。

2  现场检查情况

1）故障录波。故障发生时，系统正常，系统故障录波无异常报警。

2）运行调控。故障当天，调度下发AVC系统目标电压238.31kV。目标电压虽高于正常230～236kV范围，但仍满足规程[3]要求；也不超过变压器额定电压，属有效目标值，如图1所示。

图1  #1机AVC调节情况

3）故障时系统电压。故障发生时，220kV Ⅰ段母线电压UA≈UC≈61.98V（UAC≈235.8kV），UB≈64.207V（UAB≈UBC≈239.5kV），持续时间超过3000s，电压偏差满足规程要求。

4）保护定值。检查保护定值单（见表1），1号主变过励磁保护定时限报警值为1.07p.u.、10s，反时限下限跳闸值为1.08p.u.、3000s。

表1  主变过励磁保护定值单

5）主变满载时过励磁能力曲线。主变厂家使用说明书提供的主变满载时过励磁能力为1.08p.u.时，允许运行60min，如图2所示。

图2  主变过励磁能力曲线

3  保护动作原因分析及定值补偿

3.1  原因分析

根据上述检查情况，一次系统正常，保护定值与主变厂家所给出的过励磁能力曲线配合完好，定值符合规程[2]要求，但是主变过励磁保护依然动作，因此需要对动作原因进行分析。

变压器厂家给出的过励磁能力曲线是以变压器额定电压为基准的，变压器过励磁保护是以主变高压侧TV的额定电压为基准进行采样计算的，鉴于主变分接头位置原因，主变实际运行电压往往高于TV的额定电压，基准值的不一致会导致保护装置实际采样值大于保护整定值，使保护定值不能真实反映变压器的实际过励磁能力，此时若不对保护定值进行补偿，则会造成主变过励磁误动作。

例如，该厂TV一次侧额定电压为220kV、主变高压侧额定电压为242kV、保护动作时主变高压侧运行电压为238.31kV（AVC目标电压），此电压虽未达到变压器过励磁能力（1.08×242=261.36kV），但已超过保护装置的定值（1.08×220=237.6kV），从而引起主变过励磁保护误动。

TV一次额定电压（220kV）与变压器一次额定电压（242kV）之间的差别，相当于同工况下变压器的过励磁能力增大了k=242/220=1.1倍，在定值整定计算中，定值计算人员若不注意这两个基准电压之间的差别，忽略对定值的补偿，则会造成过励磁保护的误动作。

3.2  定值补偿计算

定值计算补偿方法见表2。

表2  定值计算补偿

3.3  保护装置定值正确性判别

保护装置的多样化，使得各电厂所用保护都不尽相同，那么如何判断现场所用主变过励磁保护装置定值的正确性呢?可以根据主变过励磁保护装置实际采样值来进行判断：若主变过励磁保护运行中采样值在0.97（如图3所示）左右，则说明保护采样已经装置内部处理，过励磁定值合理，无需补偿；若主变过励磁保护采样值在1.06左右（如图4所示），则说明保护过励磁采样未经装置处理，过励磁定值不合适，需要进行补偿。

图3  经补偿后的保护采样值

图4  未经补偿的保护采样值

3.4  主变过励磁保护装置定值补偿方式

经调研，目前主变过励磁保护定值补偿方式有以下几种：

1）经过软件内部计算进行补偿（如PCS985装置）。该型号的保护通过内部算法，对保护装置的采样基准进行修正，修正后的采样基准与主变过励磁能力基准一致，使保护采样值能真实地反映主变过励磁能力。该装置的主变过励磁定值可按照与主变过励磁能力曲线配合进行整定。

2）通过定值中选取的不同基准电压进行定值补偿（如CSC-300装置）。该型号的保护装置在定值中增加“过励磁基准电压定值”项，若该值的选取以主变额定电压为基准值，则定值可按与主变过励磁能力曲线配合进行整定，无需进行补偿；若该值的选取以主变高压侧TV额定电压为基准，则定值除按与主变过励磁能力曲线配合进行整定外，还需乘以补偿系数进行补偿。

3）通过定值整定计算进行整定值补偿（如RC S985、DGT 801、WFB 800装置）。该类型号的保护装置是以主变高压侧TV额定电压为基准采样进行逻辑判断的，此基准与主变过励磁能力采样的基准存在差值，采样值不能真实反映出主变过励磁能力，定值除按与主变过励磁能力曲线配合进行整定外，还需乘以补偿系数进行补偿。

4  暴露的问题及防范措施

4.1  暴露的问题

1）定值整定计算人员对保护装置算法不熟悉，导致主变过励磁保护定值整定计算错误。

2）运维人员业务能力不强，设备日常巡视过程化，对运行中的保护采样是否正确没有准确判断的能力。

3）运行人员对电气画面监视不到位，对报警窗重视不够，没能及时发现保护装置长时间报警（3000s）并采取措施。

4.2  防范措施

1）定值整定计算人员应熟悉不同保护装置的算法，参照前文3.4节内容对不同厂家、不同型号过励磁保护装置的定值采用不同补偿措施，以防止主变过励磁保护误动作。

2）调整主变过励磁保护的运行方式，对安装有GCB开关的电厂，在机组并网期间，退出主变过励磁保护。在机组停运、主变带厂用电运行期间，投入主变过励磁保护。

3）重视对电气运行画面的监视，发现问题及时处理。提高设备的日常巡查质量，参照前文3.3节内容判断运行中主变过励磁保护采样的正确性。

5  结论

近几年，主变过励磁保护定值计算基准与主变过励磁能力曲线基准不一致引起的主变过励磁误动事件屡有发生。根据本文分析，对不同保护装置的定值采取不同的补偿方法及防范措施，可有效避免主变过励磁保护的误动作，从而提高设备运行的可靠性。

本文编自2020年第12期《电气技术》，论文标题为“基准电压不一致引起主变过励磁保护误动的原因分析”，作者为关延伟、厉志波、岳啸鸣。