電流互感器極性以及相序?qū)畲叛b置的影響分析

劉 暉

(南京汽輪電機(jī)集團(tuán)南京汽輪電力控制有限公司，江蘇南京 210000)

0 引言

勵磁調(diào)節(jié)器是發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)的重要組成部分，其信號采集的正確與否直接影響發(fā)電機(jī)能否安全可靠運(yùn)行。

現(xiàn)在的勵磁調(diào)節(jié)器一般通過發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器和電流互感器，采集發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓和電流信號，再通過調(diào)節(jié)器內(nèi)部信號轉(zhuǎn)換，來達(dá)到對發(fā)電機(jī)的精確控制。同時，可以在調(diào)節(jié)器顯示屏上顯示發(fā)電機(jī)實(shí)時的電壓、電流、有功、無功、功率因素等參數(shù)。

1 技術(shù)原理

以南京汽輪電機(jī)集團(tuán)生產(chǎn)DVR-3000勵磁調(diào)節(jié)器為例，其控制原理圖如圖1所示。

該勵磁調(diào)節(jié)器采集電壓互感器和電流互感器的二次值用于調(diào)節(jié)。一般電廠發(fā)電機(jī)電壓互感器二次值為100 V或者105 V，電流互感器的二次值一般為1 A或者5 A。

圖1 控制原理圖

由于調(diào)節(jié)器的CPU處理不了強(qiáng)電信號，所以采集到的電壓電流信號首先要通過調(diào)節(jié)器的內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)化為弱電信號，以供CPU使用。二次電壓值轉(zhuǎn)化為0～5 V，二次電流值轉(zhuǎn)換為0～5 V。其次把采集到的交流信號轉(zhuǎn)換成等頻率的脈沖信號，轉(zhuǎn)換原理圖如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)換原理圖

在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行，電流互感器和電壓互感器采樣正確時，電流滯后發(fā)電機(jī)一個角度φ，勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器CPU經(jīng)過內(nèi)部計算(一般測量AB相的電壓與C相電流的夾角)，算出功率因數(shù)角φ，以用于計算功率因數(shù)和發(fā)電機(jī)有功無功等。當(dāng)互感器相序接錯時，電壓和電流的夾角不正確，所以算出的數(shù)值也不是實(shí)際的值(注：一般調(diào)節(jié)器先算出發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)角，當(dāng)功率因數(shù)角不是固定值時，調(diào)節(jié)器認(rèn)為相序有問題，有的調(diào)節(jié)器會默認(rèn)顯示0)。

發(fā)電機(jī)新機(jī)組在現(xiàn)場第一次開機(jī)，或舊的機(jī)組更換互感器再次開機(jī)并網(wǎng)時，勵磁調(diào)節(jié)器投入運(yùn)行，增加發(fā)電機(jī)勵磁，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓緩慢上升，這時，我們可以用相序表測出發(fā)電機(jī)的相序。由于發(fā)電機(jī)沒有并網(wǎng)，此時發(fā)電機(jī)機(jī)端沒有電流，所以此時我們是無法判斷發(fā)電機(jī)電流互感器接線是否正確。

2 理論分析

2.1 發(fā)電機(jī)勵磁的作用

2.1.1 發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓控制

2.1.1.1 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前，可以通過增減勵磁來改變發(fā)電機(jī)出口電壓。

2.1.1.2 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，由于發(fā)電機(jī)調(diào)差的存在，可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流來維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的給定水平。

2.1.2 發(fā)電機(jī)無功功率的分配

2.1.2.1 單臺發(fā)電機(jī)和無窮大系統(tǒng)并列運(yùn)行，可以通過調(diào)節(jié)勵磁電流來實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)無功功率的調(diào)節(jié)。

2.1.2.2 多臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時，由于發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的母線并不是無限大母線，母線電壓將隨著負(fù)荷波動而改變。電廠輸出無功功率與它的母線電壓水平有關(guān)，改變其中一臺發(fā)電機(jī)的勵磁電流不但影響發(fā)電機(jī)的電壓和無功功率，而且也將影響與之并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的無功功率。因此同步發(fā)電機(jī)的勵磁自動控制系統(tǒng)還擔(dān)負(fù)著并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無功功率合理分配的任務(wù)。

2.1.3 其他任務(wù)

勵磁系統(tǒng)除了上述兩個基本任務(wù)外，還擔(dān)負(fù)著其他重要的任務(wù)，比如：提高發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性、強(qiáng)行勵磁以改善電力系統(tǒng)運(yùn)行條件等。

由于發(fā)電機(jī)勵磁對于發(fā)電機(jī)運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用，所以一旦勵磁系統(tǒng)的采集信號出現(xiàn)差錯，發(fā)電機(jī)的有功、無功、功率因數(shù)等參數(shù)將出錯，直接影響發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。一旦發(fā)電機(jī)出現(xiàn)大的事故，有可能直接影響局部電網(wǎng)的運(yùn)行安全。

2.2 理論計算

知道了調(diào)節(jié)器的采樣理論，我們就可以運(yùn)用向量知識，分析出在電壓互感器接線正確，電流互感器在不同相序接線方式下的理論有功、無功和功率因數(shù)的值。

我們分析三相電流在下面七種不同的接線方式即順序依次為ABC;ACB;BAC;BCA;CAB;CBA和電流進(jìn)出線反向時對應(yīng)的各參數(shù)值。具體分析如下表1所示。

表1 各種情況向量圖以及理論參數(shù)值

續(xù)表1 各種情況向量圖以及理論參數(shù)值

3 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為了進(jìn)一步驗(yàn)證分析是否準(zhǔn)確，我們用繼電保護(hù)儀對勵磁調(diào)節(jié)器進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)。南京汽輪電機(jī)集團(tuán)供外蒙古的一臺12 MW汽輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)線電壓U=6.3 kV，電流I=1.37 kV，功率因數(shù)為0.8，電壓互感器和電流互感器由大連設(shè)計院選型，電壓互感器為6 000/100 V，電流互感器為2 000/5 A。為計算方便，我們設(shè)定發(fā)電機(jī)機(jī)端電流滯后機(jī)端電壓30°。電壓互感器接線正確，電流互感器接線在不同相序下，試驗(yàn)結(jié)果顯示，在不同的電流相序下，勵磁裝置顯示的參數(shù)和上述狀況進(jìn)行向量分析是一致的。

4 實(shí)際應(yīng)用以及實(shí)例解析

4.1 實(shí)際應(yīng)用

發(fā)電機(jī)并網(wǎng)之前，通過增加勵磁電流建立發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，在空載狀態(tài)下，我們可以通過相序表準(zhǔn)確測出電壓互感器的相序。但定子電流只有在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)帶上負(fù)荷后才有。為了機(jī)組安全，發(fā)電機(jī)初次并網(wǎng)建議在勵磁電流閉環(huán)，并上網(wǎng)之后。觀察發(fā)電機(jī)有功無功顯示是否正常，如有意外，根據(jù)以上分析，我們可以快速分析出定子電流互感器出現(xiàn)的問題，能夠快速的解決問題，同時也保證了機(jī)組的安全。

4.2 實(shí)例分析

國內(nèi)某一電廠，由于安裝人員的疏忽，在安裝接線時，把電流互感器的極性接錯，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，有功無功顯示為負(fù)值。當(dāng)勵磁調(diào)節(jié)器檢測到無功低于設(shè)定值時，其低勵限制動作，調(diào)節(jié)器自動增加勵磁。隨著勵磁電流的增加，無功進(jìn)一步增加，但由于顯示為負(fù)值，勵磁調(diào)節(jié)器依然判定為低勵，繼續(xù)增加勵磁，導(dǎo)致惡性循環(huán)，直到誤強(qiáng)勵保護(hù)動作。

5 結(jié)論

電流互感器CT極性對勵磁系統(tǒng)的重要性，主要體現(xiàn)在設(shè)計勵磁裝置保護(hù)、調(diào)節(jié)邏輯過程中所使用的參數(shù)計算與CT采集的無功電流有關(guān)。如果CT極性接線錯誤，采集到的CT無功電流不是實(shí)際的無功電流，則勵磁裝置在調(diào)節(jié)過程中會與需要實(shí)際調(diào)節(jié)的期望值相反，導(dǎo)致勵磁裝置的錯誤調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)器采樣發(fā)生錯誤是，有可能會引發(fā)事故，因此在勵磁裝置的投運(yùn)及檢修過程中，須對CT的極性進(jìn)行嚴(yán)格校驗(yàn)，防止CT極性接線錯誤造成勵磁裝置的錯誤調(diào)節(jié)，導(dǎo)致對電網(wǎng)及設(shè)備的損害。