主變空充時引起運(yùn)行機(jī)組功率擺動原因分析及防范措施

【摘要】結(jié)合實(shí)例介紹了變壓器在直流電阻測試后投入引起鄰近運(yùn)行發(fā)電機(jī)功率大幅擺動甚至導(dǎo)致發(fā)電機(jī)保護(hù)動作的現(xiàn)象，分析其擺動的原因，并據(jù)此提出相關(guān)防范措施，為防止今后此類現(xiàn)象再次發(fā)生提供了一定的經(jīng)驗(yàn)。

【關(guān)鍵詞】變壓器直流電阻測試空載充電勵磁涌流功率擺動

一、概述

直流電阻測試是變壓器重要的試驗(yàn)項(xiàng)目，是變壓器在交接、大修和改變分接開關(guān)后，必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目。通過測量，可以檢查出設(shè)備的導(dǎo)電回路有無接觸不良、焊接不良、線圈故障及接線錯誤等缺陷。但直流電阻測試會使變壓器鐵芯上產(chǎn)生剩磁，且剩磁的極性和大小都無法測得，造成投入變壓器時勵磁涌流大小的不確定性，由于其電感性加上合閘瞬間供電電壓的相角不確定性，會存在最大7～9倍的勵磁涌流，對鄰近發(fā)電機(jī)及系統(tǒng)運(yùn)行極為不利，必須采取措施予以解決。

二、案例分析

某電廠#1、#2機(jī)組單機(jī)容量600MW，2011年10月 26日10：28：10：156，#1主變檢修后空充電時，#2發(fā)電機(jī)有功由505MW突變至609MW，無功由133Mvar突變至338Mvar，勵磁電流由3675A突變至4841A，定子電流由13983A突變至17921A，220KV母線電壓由232KV突降至226KV。2012年4月19日14：53：30：338，#2機(jī)組大修后，#2主變空充電時，#1發(fā)電機(jī)定子過負(fù)荷保護(hù)定時限動作，#1發(fā)電機(jī)有功由598MW突變至672MW，查保護(hù)報(bào)告，保護(hù)動作時#1發(fā)電機(jī)定子電流二次值為（保護(hù)動作值為3.85A、發(fā)電機(jī)CT變比：25000/5，Ie=3.499A）：Ia=3.077A Ib=3.471A Ic=3.966A，查#2機(jī)組錄波報(bào)告，#2主變充電時，其高壓側(cè)二次電流峰值為（主變CT變比：2500/1，Ie=0. 7558A）：IA=0.995A IB=1.202A IC=2.413A，其三相電流含有明顯的直流分量。由于定子過負(fù)荷保護(hù)定時限出口方式為減出力，此次并沒有造成跳機(jī)。

2.1影響發(fā)電機(jī)功率擺動的主要因素

（1）系統(tǒng)的強(qiáng)弱。系統(tǒng)越強(qiáng)，運(yùn)行發(fā)電機(jī)功率擺動幅度越小，系統(tǒng)越弱運(yùn)行的發(fā)電機(jī)功率擺動幅度越大。這是因?yàn)樵谧儔浩骺粘潆姇r所需的有功、無功大部分由系統(tǒng)供給。（2）變壓器的容量及飽和程度。變壓器的容量越大、飽和程度越深，其空充電時的勵磁涌流就越大，所需的有功、無功就越大，母線及機(jī)端電壓就下降的越多，運(yùn)行發(fā)電機(jī)功率擺動幅度就越大。反之，功率擺動就會越小。（3）運(yùn)行發(fā)電機(jī)與待空充電變壓器的緊密程度。運(yùn)行發(fā)電機(jī)與待空充電變壓器聯(lián)系越緊密，運(yùn)行發(fā)電機(jī)功率擺動幅度就越劇烈。

三、原因分析

在#2主變空充電時，剩磁磁通與合閘時的勵磁涌流磁通疊加，造成變壓器的勵磁電感L2.m急劇下降，從而產(chǎn)生很大的勵磁涌流。此時系統(tǒng)所需的無功增加，同時造成220KV母線電壓、#1發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓瞬時降低，而勵磁系統(tǒng)的自動勵磁調(diào)節(jié)器作用，#1發(fā)電機(jī)的勵磁電流迅速增加，無功亦隨之快速增加；隨后變壓器飽和度慢慢下降，勵磁涌流慢慢衰減，母線及機(jī)端電壓逐漸恢復(fù)，#1發(fā)電機(jī)無功、有功出力減小并趨于穩(wěn)定。

眾所周知，勵磁涌流是由于變壓器鐵芯磁通飽和所引起的沖擊電流，其大小與變壓器等值阻抗、合閘初相角、剩磁大小、繞組接線方式、鐵芯結(jié)構(gòu)及材質(zhì)等因素有關(guān)。大型變壓器在合閘充電時，由于其電感性加上合閘瞬間供電電壓的相角不確定性，會存在最大7～9倍的勵磁涌流，其原因就是電感電流不能突變。根據(jù)U=L×di/dt，如果合閘時正弦電壓最大則可以平穩(wěn)過渡；一旦不在此相位，特別是在過零位電壓時，必然產(chǎn)生巨大的電流強(qiáng)迫變壓器電流過渡到正弦波形，這個電流就是勵磁涌流。

四、防范措施

由上述分析可知，變壓器直流電阻測試會使變壓器鐵芯上產(chǎn)生剩磁，該剩磁使變壓器投入時產(chǎn)生最大7～9倍的勵磁涌流，可能使得與其緊密相連的發(fā)電機(jī)有功功率、無功功率擺動很大，對發(fā)電機(jī)的沖擊很大，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性都會帶來嚴(yán)重威脅。如何把變壓器的勵磁涌流降低，長期以來一直是從事電力工作的人員研究的一項(xiàng)重要課題?，F(xiàn)結(jié)合以上案例及筆者在工作中所掌握的一些防范勵磁涌流的知識略作總結(jié)，希望能給大家?guī)硪稽c(diǎn)幫助，以下是針對直流電阻測試后剩磁所帶來的危害采取的防范措施：

（1）由于大容量變壓器繞組直流電阻較大，主變直阻測量測試電流不得超過10A。避免引起繞組剩磁過大，及繞組發(fā)熱等影響。直阻試驗(yàn)完畢后，需調(diào)換極性對變壓器繞組再進(jìn)行一次充電（電流為測試電流的1/10），用其所產(chǎn)生的磁通抵消測試驗(yàn)時所產(chǎn)生的剩磁，避免剩磁過多，勵磁涌流造成影響。該措施消磁效果一般，但可消去大部分剩磁。

（2）在主變進(jìn)行預(yù)試后的首次零起升壓時，手動調(diào)節(jié)勵磁電流緩慢升壓至其高壓側(cè)額定電壓1.1倍，再降至零，這樣升降2次即可，然后再按正常程序操作，該措施消磁效果良好。

（3）加裝智能涌流抑制器，對合閘相位、勵磁涌流的大小都能進(jìn)行控制，雖直流電阻測試在變壓器鐵芯上產(chǎn)生剩磁的極性和大小都無法測得，但涌流抑制器可控制合閘相角，最大限度地減小勵磁涌流。深圳市智能設(shè)備開發(fā)有限公司生產(chǎn)的SID-3YL型涌流抑制器已在國內(nèi)電廠使用，效果良好，能可靠地將勵磁涌流控制在允許范圍內(nèi)。

（4）在主變空沖時，盡量增大鄰近發(fā)電機(jī)與主變的電氣距離，減小其影響。對同廠發(fā)電機(jī)而言，可以將主變與發(fā)電機(jī)分配在不同的母線分段上。

五、結(jié)語

本文簡要介紹了變壓器直流電阻測試的目的、產(chǎn)生剩磁的原因及危害，并以空充時勵磁涌流引起發(fā)電機(jī)功率擺動的電力實(shí)例，進(jìn)一步對其進(jìn)行深入分析和探討。最后提出了幾點(diǎn)防范由變壓器直流電阻測試后所產(chǎn)生的剩磁在主變空沖時引起的鄰近發(fā)電機(jī)功率擺動的具體措施，具有一定的可操作性。鑒于變壓器空沖勵磁涌流一直是電力工作者研究的對象，極其復(fù)雜和深奧，本文難以論述得面面俱到。僅就對一些共性現(xiàn)象進(jìn)行了闡述，希望能為同行們提供一點(diǎn)借鑒和參考。

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