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摘 要：励磁装置调差特性中，无功测值起到决定性的作用，而CT的正确采集是无功计算正确与否的关键，是确保调差正确性的保证。本文在励磁试验数据的基础上，通过分析论证CT极性不同错误接线方式下，对励磁装置在励磁调节方面的影响进行概述。
关键字：励磁装置 CT极性 接线方式 调差
1. 励磁装置调差特性概述
机组在电网并列运行时存在功率分配问题，无功的分配是由励磁调节器来完成的。稳态时，任意调节励磁可改变发电机发出的无功。但在动态时系统电压变化无功分配就不一样，要使机组在电网并列运行，在系统电压波动时，使机组能按自身容量吸收适量无功，合理分配并列机组的无功，这就叫“调差”。
无功调差是励磁调节器自动方式的附加控制之一，可以根据发电机无功的变化对机端电压进行必要的微调。从励磁装置侧看，正调差：实现机端直接并列连接的发电机间无功的合理分配，当发电机无功输出增加时，正调差使得发电机端电压适当降低，防止并列运行的发电机间无功互抢。负调差：当发电机无功输出增加时，负调差使得发电机端电压适当提高，用于补偿单机－单变方式下主变的压降损失。从系统母线侧看，单机－单变方式下的整体调差，应表现为正调差，双机—单变方式下的整体调差，应表现为负调差。
2. CT极性接线概述
电流互感器应用于交流回路中，在交流回路中电流的方向随时间在改变。所谓电流互感器的极性，是指某一时刻一次侧极性与二次侧某一端极性相同，即同时为正、或同时为负，则称此极性为同极性端或同名端，用符号“*”、“-”或“.”表示。（亦可理解为一次电流与二次电流的方向关系）。按照规定，电流互感器一次线圈首端标为L1，尾端标为L2；二次线圈的首端标为K1，尾端标为K2。在接线中L1和K1称为同极性端，L2和K2也为同极性端，其中3种标注方法如图1所示。电流互感器同极性端的判别与耦合线圈的极性判别相同[1]。
电力系统保护、励磁用CT接线采用三相完全星形接线，需要注意的是二次侧要有保护接地，防止一次侧发生过电流现象时，电流互感器被击穿，烧坏二次侧仪表、继电设备，但是严禁多点接地。两点接地二次电流在继电器前形成分路，会造成继电器不动作。因此，在《继电保护技术规程》中规定对于有几组电流互感器连接在一起的保护装置，则应在保护屏上经端子排接地，如变压器的差动保护，并且几组电流互感器组合后只有一个独立的接地点[2]。
3. CT极性错误接线下有功、无功实测结果分析
通过利用继电保护测试仪器模拟CT极性错误接线下的励磁装置试验显示值如下：
机组参数如下：机端PT变比为18000/100、机端CT变比为10000/1、机端额定线电压18kV、机端额定电流7.86kA。
由上述数据分析可知：发电机励磁装置无功计算方法是通过采集机端PT测值的电压值、CT测值的无功电流进行内部计算，等效于计算方法为单相分别计算无功值后，进行求和得到机组无功数值。因此，CT极性的错误接线会导致励磁装置无功计算的错误。
4. CT极性错误接线下励磁装置影响分析
本节利用ELIN公司型号为THYNE5的数字式自并励静止可控硅励磁装置试验，进行CT极性三相全反试验，所得试验结果如下：V501为机端电压标幺值、V503为机端电流标幺值、V574为机组有功功率标幺值、V65为机组无功功率标幺值、V38为励磁系统功角。
V38是励磁系统功角限制器，功角限制器用于限制欠励，即防止机组进相太深。由表二、表三试验数据来看，正确接线时，无功的增加减小功角，错误接线时，无功的增加增大功角。当机组的功角超过其定值（60）而危及机组稳定时，本限制器无延时动作增磁。
4.1 CT极性错误接线对功角限制器（欠励限制器）的影响
由表二及表三的试验数据可以看出，如果CT极性接反，则功角会随着无功的增加而增加，即在迟相运行时，由于CT极性接反，无功为负值，功角的数值随着无功的增加而增加，如果无功增加达到功角限制器的动作值，功角限制器动作增磁，必将导致无功的继续增加，无功的继续增加导致功角进一步增大，励磁装置一直增磁，会导致机组调节失控，导致机组无功、机端电压一直上升，会导致励磁V/F限制器动作、过电压保护动作，机组保护过电压动作，主变保护过激磁动作等事故的发生。
4.2 CT极性错误接线对无功调节（调差特性）的影响
无功调节器的设定值取决于所选的无功值或功率因数值，设定值的符号可正可负。正号表示发感性无功，负号表示发容性无功，试验装置无功调节器的设定值为负。设定值可通过所选的无功调节器的限制器来限制。无功调节器含三状态控制器，或给出BHQ命令(命令：增加，无功调节)，或给出BTQ命令(命令：减少，无功调节)，或无命令输出。这些命令作用于电压的设定值而引起同步电机的无功变化。为了使调节的稳定性，调节器将微分后的设定值反馈到实际值之中[3]。
在机组并网，电压调节和无功调节之间的切换，由电压调节切换至无功调节只有在同步电机并网之后才有可能，即同步电机未并网之前不会起作用。无功调节也只有在自动模式才起作用。在孤网运行时，顺控器将负责将调节器切换至电压调节[4]。
如果CT极性三相接反，从表一的试验结果可以知道，无功的计算值为负。会使发电机调差率为正，导致调节无功功率的过程呈现向相反的方向发展，即无功输出增加时，机端电压不降低反而逐步调节增加，会导致励磁V/F限制器动作、过电压保护动作，机组保护过电压动作，主变保护过激磁动作等事故的发生。
4.3 案例分析
2010年8月19日12时56分，天生桥二级电站某主变反时限过激磁保护动作跳主变各侧开关，在发电机甩负荷后，某机组机端电压上升至1.42Ue，发电机过电压保护动作解列灭磁。原因分析：在稳态运行工况下，由于是电压闭环调节，发电机电流不参与调节，因此励磁系统能够维持稳定运行。而2010年8月19日12时56分左右，由于系统出现大的扰动，电压在系统发生扰动导致电压波动约200ms内励磁调节器动作行为正常，459ms功角限制器动作。分析原因为：该机组励磁系统A通道CT极性三相接反，导致发电机CT采样值和实际值相反，励磁调节器内部有功、无功计算值相反，导致功角计算值有误。根据PMU波形数据记录，机组迟相运行，系统扰动后，机端电压下降，无功增加，导致功角越限，功角限制器动作增磁，机端电压升高，2100ms后V/F限制器动作。同时，由于无功功率方向计算错误，导致调差输出与期望值相反，进一步叠加了增磁的动作，导致励磁装置调节失控，最终导致了主变过激磁保护动作。
5. 结论
CT极性对励磁系统的重要性，主要体现在在设计励磁装置保护、调节逻辑过程中所使用的参数计算与CT采集的无功电流有关，如果CT极性接线错误，采集到的CT无功电流不是实际的无功电流，则励磁装置在调节过程中会与需要实际调节的期望值相反，导致励磁装置的错误调节，从而引发事故的发生。因此，在励磁装置的投运及检修过程中，须对CT的极性进行严格校验，防止CT极性接线错误造成励磁装置的错误调节，导致对电网及设备的损害。
参考文献
[1] 谢锐，电流互感器的极性及接线方式的改进[J]，应用科学，1994.
[2] 李清生，电流互感器的接线方式及其应用[J]，九江职业技术学院学报，2004，3：33-35.
[3] 宋福海，林其煌，扩大单元接线方式下发电机励磁系统调差特性分析[J]，福建电力与电工,2002,22（1）：24-27.
[4] ELIN，GRM3电压调节器和触发脉冲控制软件说明.
作者简介
罗勇（1981-），男，工程师，本科学历，主要从事励磁系统、调速器系统、监控系统等相关生产技术管理工作；
黄果芳（1969-），女，助理工程师，本科学历，主要从事励磁系统、调速器系统相关生产技术工作；
张芳明（1983-），男，工程师，研究生学历，主要从事励磁系统、调速器系统、监控系统等相关生产技术工作。
关键字：励磁装置 CT极性 接线方式 调差
1. 励磁装置调差特性概述
机组在电网并列运行时存在功率分配问题，无功的分配是由励磁调节器来完成的。稳态时，任意调节励磁可改变发电机发出的无功。但在动态时系统电压变化无功分配就不一样，要使机组在电网并列运行，在系统电压波动时，使机组能按自身容量吸收适量无功，合理分配并列机组的无功，这就叫“调差”。
无功调差是励磁调节器自动方式的附加控制之一，可以根据发电机无功的变化对机端电压进行必要的微调。从励磁装置侧看，正调差：实现机端直接并列连接的发电机间无功的合理分配，当发电机无功输出增加时，正调差使得发电机端电压适当降低，防止并列运行的发电机间无功互抢。负调差：当发电机无功输出增加时，负调差使得发电机端电压适当提高，用于补偿单机－单变方式下主变的压降损失。从系统母线侧看，单机－单变方式下的整体调差，应表现为正调差，双机—单变方式下的整体调差，应表现为负调差。
2. CT极性接线概述
电流互感器应用于交流回路中，在交流回路中电流的方向随时间在改变。所谓电流互感器的极性，是指某一时刻一次侧极性与二次侧某一端极性相同，即同时为正、或同时为负，则称此极性为同极性端或同名端，用符号“*”、“-”或“.”表示。（亦可理解为一次电流与二次电流的方向关系）。按照规定，电流互感器一次线圈首端标为L1，尾端标为L2；二次线圈的首端标为K1，尾端标为K2。在接线中L1和K1称为同极性端，L2和K2也为同极性端，其中3种标注方法如图1所示。电流互感器同极性端的判别与耦合线圈的极性判别相同[1]。
电力系统保护、励磁用CT接线采用三相完全星形接线，需要注意的是二次侧要有保护接地，防止一次侧发生过电流现象时，电流互感器被击穿，烧坏二次侧仪表、继电设备，但是严禁多点接地。两点接地二次电流在继电器前形成分路，会造成继电器不动作。因此，在《继电保护技术规程》中规定对于有几组电流互感器连接在一起的保护装置，则应在保护屏上经端子排接地，如变压器的差动保护，并且几组电流互感器组合后只有一个独立的接地点[2]。
3. CT极性错误接线下有功、无功实测结果分析
通过利用继电保护测试仪器模拟CT极性错误接线下的励磁装置试验显示值如下：
机组参数如下：机端PT变比为18000/100、机端CT变比为10000/1、机端额定线电压18kV、机端额定电流7.86kA。
由上述数据分析可知：发电机励磁装置无功计算方法是通过采集机端PT测值的电压值、CT测值的无功电流进行内部计算，等效于计算方法为单相分别计算无功值后，进行求和得到机组无功数值。因此，CT极性的错误接线会导致励磁装置无功计算的错误。
4. CT极性错误接线下励磁装置影响分析
本节利用ELIN公司型号为THYNE5的数字式自并励静止可控硅励磁装置试验，进行CT极性三相全反试验，所得试验结果如下：V501为机端电压标幺值、V503为机端电流标幺值、V574为机组有功功率标幺值、V65为机组无功功率标幺值、V38为励磁系统功角。
V38是励磁系统功角限制器，功角限制器用于限制欠励，即防止机组进相太深。由表二、表三试验数据来看，正确接线时，无功的增加减小功角，错误接线时，无功的增加增大功角。当机组的功角超过其定值（60）而危及机组稳定时，本限制器无延时动作增磁。
4.1 CT极性错误接线对功角限制器（欠励限制器）的影响
由表二及表三的试验数据可以看出，如果CT极性接反，则功角会随着无功的增加而增加，即在迟相运行时，由于CT极性接反，无功为负值，功角的数值随着无功的增加而增加，如果无功增加达到功角限制器的动作值，功角限制器动作增磁，必将导致无功的继续增加，无功的继续增加导致功角进一步增大，励磁装置一直增磁，会导致机组调节失控，导致机组无功、机端电压一直上升，会导致励磁V/F限制器动作、过电压保护动作，机组保护过电压动作，主变保护过激磁动作等事故的发生。
4.2 CT极性错误接线对无功调节（调差特性）的影响
无功调节器的设定值取决于所选的无功值或功率因数值，设定值的符号可正可负。正号表示发感性无功，负号表示发容性无功，试验装置无功调节器的设定值为负。设定值可通过所选的无功调节器的限制器来限制。无功调节器含三状态控制器，或给出BHQ命令(命令：增加，无功调节)，或给出BTQ命令(命令：减少，无功调节)，或无命令输出。这些命令作用于电压的设定值而引起同步电机的无功变化。为了使调节的稳定性，调节器将微分后的设定值反馈到实际值之中[3]。
在机组并网，电压调节和无功调节之间的切换，由电压调节切换至无功调节只有在同步电机并网之后才有可能，即同步电机未并网之前不会起作用。无功调节也只有在自动模式才起作用。在孤网运行时，顺控器将负责将调节器切换至电压调节[4]。
如果CT极性三相接反，从表一的试验结果可以知道，无功的计算值为负。会使发电机调差率为正，导致调节无功功率的过程呈现向相反的方向发展，即无功输出增加时，机端电压不降低反而逐步调节增加，会导致励磁V/F限制器动作、过电压保护动作，机组保护过电压动作，主变保护过激磁动作等事故的发生。
4.3 案例分析
2010年8月19日12时56分，天生桥二级电站某主变反时限过激磁保护动作跳主变各侧开关，在发电机甩负荷后，某机组机端电压上升至1.42Ue，发电机过电压保护动作解列灭磁。原因分析：在稳态运行工况下，由于是电压闭环调节，发电机电流不参与调节，因此励磁系统能够维持稳定运行。而2010年8月19日12时56分左右，由于系统出现大的扰动，电压在系统发生扰动导致电压波动约200ms内励磁调节器动作行为正常，459ms功角限制器动作。分析原因为：该机组励磁系统A通道CT极性三相接反，导致发电机CT采样值和实际值相反，励磁调节器内部有功、无功计算值相反，导致功角计算值有误。根据PMU波形数据记录，机组迟相运行，系统扰动后，机端电压下降，无功增加，导致功角越限，功角限制器动作增磁，机端电压升高，2100ms后V/F限制器动作。同时，由于无功功率方向计算错误，导致调差输出与期望值相反，进一步叠加了增磁的动作，导致励磁装置调节失控，最终导致了主变过激磁保护动作。
5. 结论
CT极性对励磁系统的重要性，主要体现在在设计励磁装置保护、调节逻辑过程中所使用的参数计算与CT采集的无功电流有关，如果CT极性接线错误，采集到的CT无功电流不是实际的无功电流，则励磁装置在调节过程中会与需要实际调节的期望值相反，导致励磁装置的错误调节，从而引发事故的发生。因此，在励磁装置的投运及检修过程中，须对CT的极性进行严格校验，防止CT极性接线错误造成励磁装置的错误调节，导致对电网及设备的损害。
参考文献
[1] 谢锐，电流互感器的极性及接线方式的改进[J]，应用科学，1994.
[2] 李清生，电流互感器的接线方式及其应用[J]，九江职业技术学院学报，2004，3：33-35.
[3] 宋福海，林其煌，扩大单元接线方式下发电机励磁系统调差特性分析[J]，福建电力与电工,2002,22（1）：24-27.
[4] ELIN，GRM3电压调节器和触发脉冲控制软件说明.
作者简介
罗勇（1981-），男，工程师，本科学历，主要从事励磁系统、调速器系统、监控系统等相关生产技术管理工作；
黄果芳（1969-），女，助理工程师，本科学历，主要从事励磁系统、调速器系统相关生产技术工作；
张芳明（1983-），男，工程师，研究生学历，主要从事励磁系统、调速器系统、监控系统等相关生产技术工作。