励磁系统NES6100增加PT慢融功能在水电站的应用研究

励磁系统NES6100增加PT慢融功能在水电站的应用研究

王里锂

重庆大唐国际武隆水电开发有限公司

摘要:本文研究了水电厂励磁系统NES6100中增加PT慢融功能的应用。首先介绍了PT慢融功能的原理和重要性，然后深入探讨了该功能对机组稳定运行的影响。接着，文章阐述了励磁系统PT断线的判别原理，对比了原有判据与优化建议的差异。此外，还介绍了PT慢融的实验方法，并给出了在电站的实际应用情况。最后，总结了研究成果，并提出了未来研究方向。

关键词：水电厂；励磁系统；NES6100；PT慢融

一、引言

水电厂是电力系统中不可或缺的一部分，而励磁系统作为水电厂的关键设备，其稳定运行对于保障电力系统的可靠性至关重要。然而，在实际运行中，励磁系统常面临PT（电压互感器）故障的挑战，导致机组异常。为此，本文提出在励磁系统NES6100中增加PT慢融功能，以提高系统的稳定性和可靠性。

二、PT慢融的原理介绍

从熔断器的设计原理来看，若有大的故障电流经过熔丝时，由于金属效应（难

熔金属在某种合金状态下会成为易熔材料），熔丝将首先在焊有锡球的地方熔断，

随之在电弧的作用下使熔丝沿全长迅速熔化，所产生的电弧在石英砂的作用下迅速熄灭。由于现场的运行环境比较恶劣，使熔丝在重力和热积累的作用下出现老化，可能导致在正常的工作电流下发生断裂，由于熔断器足在正常的工作电流下 熔断的，熔丝的熔断时间比较长，在熔丝阻值逐渐变大的过程中，造成该相电压 的幅值下降，从而引起相关保护的误动作。

PT慢融功能是一种针对电压互感器故障的应对策略。当检测到PT故障时，传统的应对方法是立即切除故障PT，以免对机组造成更大的影响。然而，这种方法可能会导致机组非计划停机，影响电力系统的稳定性。为了解决这个问题，本文提出在励磁系统NES6100中增加PT慢融功能。该功能通过降低故障PT的加热功率，减缓其熔毁过程，为维修争取时间，从而降低对机组稳定运行的影响。

PT慢融功能的原理及工作方式

PT慢融功能的核心思想是在检测到PT故障时，不立即切除故障PT，而是通过降低故障PT的加热功率，减缓其熔毁过程。这样做的目的是为了给维修人员更多的时间来处理故障，从而减少非计划停机时间，提高电力系统的稳定性。

具体工作方式如下：

2.1故障检测：励磁系统持续监测PT的二次侧电压。当检测到电压异常时，系统初步判定为PT故障。

2.2慢融控制：一旦确认PT故障，系统自动降低故障PT的加热功率。这是通过调整励磁系统的控制逻辑来实现的，确保PT的熔断过程减缓。

2.3实时监测：在慢融过程中，系统持续监测机组的运行状态以及PT的电压变化。如果发现有进一步的问题或者维修人员没有及时处理，系统可以做出相应的调整或采取其他安全措施。

2.4通知与响应：系统通过人机界面或远程通信工具，及时通知维修人员关于PT故障的信息。这样，维修人员可以迅速响应，进行必要的维修工作。

2.5恢复正常运行：当维修人员处理完故障并确认PT恢复正常工作后，励磁系统会自动调整设置，恢复正常的运行模式。

通过这种方式，PT慢融功能不仅提高了励磁系统的稳定性，还增强了电力系统的可靠性。在实际应用中，这一功能为水电站的运行管理提供了更为智能和高效的支持。

三、PT慢融对机组的影响

励磁用发电机出口PT经常会发生高压侧熔丝松动和慢熔式熔断器阻值变大 等异常情况，导致PT二次侧电压下降和波动，以及AVR 装置内部机端电压采样值也相应的下降和波动。在自动电压控制（电压闭环）方式下的 AVR 装置会立即实时相应的增加励磁输出，以图把机端电压稳定在给定值水平。从而，导致发电机机端电压大幅抬高，并同时伴有机端电压、有功和无功的大幅波动。

增加PT慢融功能可以有效地降低因PT故障导致的机组异常风险。在故障发生时，该功能能够迅速响应，通过降低故障PT的加热功率，减缓其熔毁过程。这为维修人员赢得了宝贵的时间，可以更加从容地处理故障，从而保障机组的稳定运行。此外，该功能还可以减少因PT故障导致的非计划停机时间，提高电力系统的供电可靠性。

四、励磁系统PT断线判别原理

励磁系统通过检测PT的二次侧电压来判断其是否正常工作。当检测到异常电压时，系统会触发相应的保护逻辑。正常情况下，励磁系统的电压信号采样通过电磁感应原理进行，当PT出现断线等异常情况时，二次侧的电压信号将发生变化。通过对这些电压信号的监测和分析，可以准确地判断出PT的工作状态。一旦检测到异常电压信号，励磁系统将触发相应的保护逻辑，采取必要的措施来保障机组的稳定运行。

PT慢融功能和PT熔断功能在目的、工作原理和影响方面存在显著差异。

4.1目的：PT熔断器是电压互感器，其变换电压的目的是为了输送电能。主要用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器。而PT慢融功能则是在PT内部发生故障时，通过降低故障PT的加热功率，减缓其熔毁过程，为维修争取时间，从而降低对机组稳定运行的影响。

4.2.工作原理：PT熔断器在发电机出口一、二次侧都接有保险，即熔断器。其作用是在PT内部发生故障时熔断，将故障点系统隔离。而PT慢融功能是通过特定的控制逻辑，在检测到PT故障时，降低故障PT的加热功率，减缓其熔毁过程。

总的来说，PT慢融功能主要是为了在PT故障时，为维修人员提供更多的时间来处理问题，而PT熔断功能主要是为了在电压过高时，保护线路和设备。

五、原PT断线的判据

原 PT 断线故障判据 ：

5.1判据 1

|PT2 − PT1| > ∆U ，时间大于动作时间动作。∆U 默认设置为 5%额定机端电压。 

5.2判据 2

a) 负序电压大于判断阀值，默认值 15%额定机端电压

b) 负序定子电流小于 12.5%

c) 时间大于动作时间

5.3判据 3

a) PT2<20%

b) PT1<5%

c) 转子电流>50%空载额定励磁电流

d) 定子电流<120%

e) 无短路试验使能，无电制动开停机令，无停机令

f) 时间大于动作时间

当励磁专用 PT 发生慢熔或接触不良时，主套调节器测得的机端电压逐渐下降，由于未能满足判据1和判据2，PT断线故障未报出，调节器不能主动切换至从套。根据本套测得的机端电压，励磁需要增加励磁电流以将机端电压抬升至电压给定值。此时就容易发生强励或者过压，造成保护动作。

原有的PT断线判据主要基于电压幅值的比较。当检测到的电压低于设定阈值时，系统判定为PT断线。这种判据简单明了，但在实际运行中可能会存在误判或漏判的情况。为了更加准确地判断PT的工作状态，需要综合考虑电压负序反时限等因素。因此，原有的单纯基于电压幅值的判据需要进行优化和完善。

六、PT断线判据的优化设计与建议

为了提高PT断线判别的准确率，本文提出了一种优化后的判据。该判据不仅考虑电压幅值，还引入了负序电压反时限等因素的综合判断。PT 慢熔判据的原理是负序反时限。

当励磁调节器主套测得负序电压时，根据负序电压大小查表得出动作时间，

当时间大于动作时间时，即发出 PT 断线故障信号切为从套。运用查表法，可灵活配置不同负序电压下PT 断线的动作时间，以防负序电压未达到原有判据 2中5%的阈值条件，PT断线不动作，主套一直增加励磁的情况。可大大降低因发电机PT 高压熔断器慢熔导致发电机误强励和过电压事故率。

通过实验验证，优化后的判据在准确性和可靠性方面均有所提升。建议在励磁系统中应用该优化判据，以提高对PT故障的应对能力。同时，进一步研究基于人工智能和大数据分析的故障检测方法，实现更智能的故障预警和诊断。这将有助于提高电力系统的稳定性和可靠性。

七、PT慢融的实验方法

为了验证PT慢融功能的可行性和效果，本文设计了一套实验方法。首先，在励磁调节器内进行参数设置。调节器 NES6100 界面→参数设置→保护器设置

然后，在实验中引入了PT慢融功能，通过实时监测和记录机组运行数据，评估该功能对机组稳定性的影响。实验中采用了多种工况下的模拟故障数据，包括不同类型的PT故障和不同的故障严重程度。通过对实验数据的分析，可以全面评估PT慢融功能的性能表现和实际效果。

PT 慢熔试验方法 

1) 首先对调节器负序电压采样进行校准

使用保护校验仪加额定负序二次电压，通过调整采样系数，将负序电压校准到 100%；

2) 将PT断线故障信号开出接入保护校验仪，对PT断线动作进行计时验证；

3) 再将保护校验仪输出电压调整为额定正序二次电压，通过降低其中某一

相电压，获得相应的负序电压百分值，延时动作后，通过继保仪读出动作时间。

八、在电站应用情况

在某中型水电站进行了为期一年的实际运行测试。测试结果表明，增加PT慢融功能后，励磁系统的稳定性得到显著提高。结果表明，增加PT慢融功能对于提高水电厂励磁系统的稳定性和可靠性具有重要意义。

九、结束语

本文研究了水电厂励磁系统NES6100中增加PT慢融功能的应用。通过理论分析和实验验证，发现该功能能够有效降低因PT故障导致的机组异常风险，提高电力系统的稳定性。优化后的PT断线判据能够更准确地判断PT的工作状态，减少误判或漏判的情况。在电站的实际应用中，PT慢融功能表现出良好的性能，提高了励磁系统的稳定性。

未来研究方向包括进一步完善励磁系统的保护策略，提高PT故障的应对能力。同时，可以探索更加智能的故障预警和诊断方法，结合人工智能和大数据技术，实现对机组运行状态的实时监测和智能分析。这将有助于提高电力系统的稳定性和可靠性，为保障电力供应的安全和可靠性提供更强有力的技术支持。

此外，对于水电厂的运行管理，也应当加强对励磁系统等关键设备的维护和检修工作。通过定期检查、维护和保养，确保设备的正常运行，降低故障发生的概率。同时，应重视对设备运行数据的分析和处理，及时发现潜在的故障隐患，采取有效的应对措施，以保障电力系统的稳定运行。

综上所述，增加PT慢融功能对于提高水电厂励磁系统的稳定性和可靠性具有重要意义。通过不断的研究和创新，我们有望为电力系统的安全稳定运行提供更加完善的技术支持。