[科普中国]-过励磁保护

由于发电机或变压器发生过励磁故障时并非每次都造成设备的明显破坏，往往容易被人忽视，但是多次反复过励磁，将因过热而使绝缘老化，降低设备的使用寿命。我国继电保护规程规定，对频率降低和电压升高引起的铁芯工作磁密过高，300MW及以上的发电机和500kV变压器应装设过励磁保护。

过励磁保护的原因当发电机或变压器发生过励磁故障时，铁芯的工作磁密升高导致其出现饱和使得铁损增加。铁芯饱和还会使漏磁场增强，漏磁通在穿过铁芯表面和相应结构件中引起的涡流损耗也相应增加。由这些附加损耗引起的温升有可能导致设备绝缘的损坏。 由于现代大型发电机、变压器的额定工作磁密接近其饱和磁密，使得过励磁故障的后果更加严重。并且，对于发电机-变压器组（以下简称为发变组）其电压和频率都会大幅度偏离额定值，有可能出现因电机转速偏低而电压接近额定值时由低频产生的过励磁故障。因此，发变组必须要配置专门的过励磁保护。1

过励磁保护的整定过励磁保护应按变压器厂家提供的变压器满载情况下的过励磁曲线整定，其整定原则为尽量使所调整的励磁保护继电器的励磁曲线在变压器过励磁曲线的下方，即变压器运行在过励磁条件下时，励磁保护继电器应能以比它所能承受的更短时间可靠跳开主变各侧断路器。同时，应该保证在正常运行条件下，变压器应有一定的耐受励磁强度的水平，所以励磁保护继电器的启动值一般整定到略大于正常的最高运行值。2

导致过励磁故障的原因对于系统中的发电机和变压器：

在发电机启动或停止过程中，当转速偏低而电压仍维持为额定值时，将由于低频引起过励磁（发-变组接线方式）。

甩负荷时，发电机如不及时减励磁，将产生过电压；在发-变组方式时，即使机端电压能维持先前值，但因变压器已为空载，也会产生过电压。

超高压远距离输电线突然丢失负荷而发生过电压。

事故时随着切除故障而将补偿设备同时被切，使充电功率过剩导致过电压；补偿设备本身故障而被切除时也引发过电压。

如丢失负荷发生在变电所内，一次电压太高，通常的调压手段又不足以控制住过电压的发生时。

事故解列后的局部分割区域中，若电压维持额定，由功率缺额造成频率大幅度降低时。

电网解、合环考虑不周或操作不当，引起局部地区出现过电压或低频率运行。

铁磁谐振或L-C谐振引起过电压。

各种调节控制设备的程序控制失控或误动。

发电机自励磁。

变压器调压分接头连接不正确。

对于升压变压器（多在未与系统并列运行的情况下发生）：

发-变组在与系统并列之前，由于操作上的过失，误加了较大的励磁电流。

发电机启动过程中，转子在低转速下预热时，或双轴发电机低频下并列后，由于操作上的过失，误将发电机电压上升到额定值，使变压器因低频而导致过励磁故障。

在切除机组的过程中，主汽门关闭，出口断路器断开，而灭磁开关拒动。此时原动机减速，自动调整励磁装置力求保持机端电压等于额定值，从而使变压器遭受因低频引起的过励磁。

线路断路器跳闸或发-变组出口处断路器跳闸后，若自动调整励磁装置失灵或已退出运行，则电压迅速升高，频率也要升高但比较缓慢，从而使比值 U/f上升，引起变压器过励磁。这种情况下，过励磁倍数n可达1.3倍以上，如无适当措施，将持续相当长的时间。由于大型发电机 比较大，当满载突然甩负荷时，过励磁现象比中小型机组严重。

事实上，正常情况下突然甩负荷也要引起相当严重的过励磁。因为励磁调节系统和原动机调速系统都是右惯性环节组成，突然甩负荷后，电压要迅速上升，而频率上升缓慢，因而比值U/f上升，使变压器过励磁，但持续时间较短。这种情况，因为属于正常运行方式，变压器应能承受这种水平的过励磁而不遭受损伤。因此，要求变压器允许的过励磁倍数曲线应高于正常甩负荷的过励磁倍数曲线。然而，并不是所有大型变压器都能满足这种要求。1

过励磁故障可能导致的后果对于变压器：

变压器铁芯饱和之后，铁损增加，使铁芯的温度上升。铁芯饱和后还要使磁场扩散到周围的空间中去,使漏磁场增强。靠近铁芯的绕组导线、油箱壁以及其他金属构件，由于漏磁场而产生涡流损耗，使这些部位发热，引起高温，严重时要造成局部变形和损伤周围的绝缘介质。

对某些大型变压器，当工作磁密达到额定磁密的1.3~1.4倍时，励磁电流的有效值可达到额定负荷电流的水平。由于励磁电流是非正弦波，含有许多高次谐波分量，而铁芯和其它金属构件的涡流损耗与频率的平方成正比，所以发热严重。

过励磁引起的稳升加速绝缘老化、使绕组的绝缘强度和机械性能恶化。此外铁芯叠片间绝缘损坏会导致涡流进一步增加，还可能造成绕组对铁芯的主绝缘损坏，而且油箱内壁的油漆熔化还会造成变压器油被污染。

对于发电机：

铁芯饱和后谐波磁密增强，使附加损耗加大，引起局部过热。电压越高，时间越长，引起的过热越严重，甚至会造成局部烧伤。

使定子铁芯背部漏磁场增强。如果定位筋和定子铁芯的接触不良，过电压后，在接触面上可能要出现火花放电。对于氢冷机组，这是十分不利的。1

本词条内容贡献者为:

耿彩芳 - 副教授 - 中国矿业大学