由於發電機或變壓器發生過勵磁故障時並非每次都造成設備的明顯破壞，往往容易被人忽視，但是多次反覆過勵磁，將因過熱而使絕緣老化，降低設備的使用壽命。我國繼電保護規程規定，對頻率降低和電壓升高引起的鐵芯工作磁密過高，300MW及以上的發電機和500kV變壓器應裝設過勵磁保護。
基本介紹
- 中文名：過勵磁保護
- 外文名：overexcitation protection
- 適用：發電機或變壓器
- 應對：過勵磁故障
- 套用：300MW以上發電機和500kV變壓器
- 學科：電力
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產生原因
當發電機或變壓器發生過勵磁故障時，鐵芯的工作磁密升高導致其出現飽和使得鐵損增加。鐵芯飽和還會使漏磁場增強，漏磁通在穿過鐵芯表面和相應結構件中引起的渦流損耗也相應增加。由這些附加損耗引起的溫升有可能導致設備絕緣的損壞。 由於現代大型發電機、變壓器的額定工作磁密接近其飽和磁密，使得過勵磁故障的後果更加嚴重。並且，對於發電機-變壓器組（以下簡稱為發變組）其電壓和頻率都會大幅度偏離額定值，有可能出現因電機轉速偏低而電壓接近額定值時由低頻產生的過勵磁故障。因此，發變組必須要配置專門的過勵磁保護。
整定
過勵磁保護應按變壓器廠家提供的變壓器滿載情況下的過勵磁曲線整定，其整定原則為儘量使所調整的勵磁保護繼電器的勵磁曲線在變壓器過勵磁曲線的下方，即變壓器運行在過勵磁條件下時，勵磁保護繼電器應能以比它所能承受的更短時間可靠跳開主變各側斷路器。同時，應該保證在正常運行條件下，變壓器應有一定的耐受勵磁強度的水平，所以勵磁保護繼電器的啟動值一般整定到略大於正常的最高運行值。
導致原因
對於系統中的發電機和變壓器：
- 在發電機啟動或停止過程中，當轉速偏低而電壓仍維持為額定值時，將由於低頻引起過勵磁（發-變組接線方式）。
- 甩負荷時，發電機如不及時減勵磁，將產生過電壓；在發-變組方式時，即使機端電壓能維持先前值，但因變壓器已為空載，也會產生過電壓。
- 超高壓遠距離輸電線突然丟失負荷而發生過電壓。
- 事故時隨著切除故障而將補償設備同時被切，使充電功率過剩導致過電壓；補償設備本身故障而被切除時也引發過電壓。
- 如丟失負荷發生在變電所內，一次電壓太高，通常的調壓手段又不足以控制住過電壓的發生時。
- 事故解列後的局部分割區域中，若電壓維持額定，由功率缺額造成頻率大幅度降低時。
- 電網解、合環考慮不周或操作不當，引起局部地區出現過電壓或低頻率運行。
- 鐵磁諧振或L-C諧振引起過電壓。
- 各種調節控制設備的程式控制失控或誤動。
- 發電機自勵磁。
- 變壓器調壓分接頭連線不正確。
對於升壓變壓器（多在未與系統並列運行的情況下發生）：
- 發-變組在與系統並列之前，由於操作上的過失，誤加了較大的勵磁電流。
- 發電機啟動過程中，轉子在低轉速下預熱時，或雙軸發電機低頻下並列後，由於操作上的過失，誤將發電機電壓上升到額定值，使變壓器因低頻而導致過勵磁故障。
- 在切除機組的過程中，主汽門關閉，出口斷路器斷開，而滅磁開關拒動。此時原動機減速，自動調整勵磁裝置力求保持機端電壓等於額定值，從而使變壓器遭受因低頻引起的過勵磁。
- 線路斷路器跳閘或發-變組出口處斷路器跳閘後，若自動調整勵磁裝置失靈或已退出運行，則電壓迅速升高，頻率也要升高但比較緩慢，從而使比值 U/f上升，引起變壓器過勵磁。這種情況下，過勵磁倍數n可達1.3倍以上，如無適當措施，將持續相當長的時間。由於大型發電機 比較大，當滿載突然甩負荷時，過勵磁現象比中小型機組嚴重。
事實上，正常情況下突然甩負荷也要引起相當嚴重的過勵磁。因為勵磁調節系統和原動機調速系統都是右慣性環節組成，突然甩負荷後，電壓要迅速上升，而頻率上升緩慢，因而比值U/f上升，使變壓器過勵磁，但持續時間較短。這種情況，因為屬於正常運行方式，變壓器應能承受這種水平的過勵磁而不遭受損傷。因此，要求變壓器允許的過勵磁倍數曲線應高於正常甩負荷的過勵磁倍數曲線。然而，並不是所有大型變壓器都能滿足這種要求。
導致後果
對於變壓器：
- 變壓器鐵芯飽和之後，鐵損增加，使鐵芯的溫度上升。鐵芯飽和後還要使磁場擴散到周圍的空間中去,使漏磁場增強。靠近鐵芯的繞組導線、油箱壁以及其他金屬構件，由於漏磁場而產生渦流損耗，使這些部位發熱，引起高溫，嚴重時要造成局部變形和損傷周圍的絕緣介質。
- 對某些大型變壓器，當工作磁密達到額定磁密的1.3~1.4倍時，勵磁電流的有效值可達到額定負荷電流的水平。由於勵磁電流是非正弦波，含有許多高次諧波分量，而鐵芯和其它金屬構件的渦流損耗與頻率的平方成正比，所以發熱嚴重。
- 過勵磁引起的穩升加速絕緣老化、使繞組的絕緣強度和機械性能惡化。此外鐵芯疊片間絕緣損壞會導致渦流進一步增加，還可能造成繞組對鐵芯的主絕緣損壞，而且油箱內壁的油漆熔化還會造成變壓器油被污染。
對於發電機：
- 鐵芯飽和後諧波磁密增強，使附加損耗加大，引起局部過熱。電壓越高，時間越長，引起的過熱越嚴重，甚至會造成局部燒傷。
- 使定子鐵芯背部漏磁場增強。如果定位筋和定子鐵芯的接觸不良，過電壓後，在接觸面上可能要出現火花放電。對於氫冷機組，這是十分不利的。
