變壓器空載合閘失敗的分析和防范對(duì)策

伍常林

（華東瑯琊山抽水蓄能責(zé)任有限公司，安徽滁州239000）

變壓器空載合閘失敗的分析和防范對(duì)策

伍常林

（華東瑯琊山抽水蓄能責(zé)任有限公司，安徽滁州239000）

簡(jiǎn)要介紹了瑯琊山抽水蓄能電站主接線(xiàn)和變壓器保護(hù)的基本配置，針對(duì)一起勵(lì)磁涌流導(dǎo)致2號(hào)變壓器空載合閘失敗事件進(jìn)行詳細(xì)分析；提出了減少勵(lì)磁涌流引起保護(hù)誤動(dòng)的防范對(duì)策。

變壓器；勵(lì)磁涌流；二次諧波；保護(hù)

變壓器差動(dòng)保護(hù)是電力變壓器的主保護(hù)，但正確動(dòng)作率始終在50%～60%。其中勵(lì)磁涌流導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作較常見(jiàn)[1]。因此，充分認(rèn)識(shí)勵(lì)磁涌流并有效減少勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響就變得十分重要。

以某抽水蓄能電站因勵(lì)磁涌流引起2號(hào)變壓器空載合閘失敗為例，詳細(xì)分析原因并提出了減少勵(lì)磁涌流引起變壓器保護(hù)誤動(dòng)的一些防范對(duì)策。

1 電站主接線(xiàn)運(yùn)行方式

電站總裝機(jī)容量4×150 MW，變壓器容量為360/180/180 MVA，連接組別為YN，d11，d11，采用“兩機(jī)一變”送出，電壓等級(jí)為220 kV，一次主接線(xiàn)見(jiàn)圖1。

正常運(yùn)行時(shí)，220 kV系統(tǒng)采用內(nèi)橋運(yùn)行，即4700開(kāi)關(guān)合環(huán)運(yùn)行；當(dāng)變壓器檢修時(shí)，應(yīng)先對(duì)220 kV合環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行解環(huán)，再拉開(kāi)相應(yīng)單母線(xiàn)的開(kāi)關(guān)4771（或4772）進(jìn)行轉(zhuǎn)檢修操作；恢復(fù)線(xiàn)路時(shí)操作順序與檢修步驟相反。當(dāng)任何1臺(tái)變壓器保護(hù)動(dòng)作出口后，分別斷開(kāi)相應(yīng)的線(xiàn)路開(kāi)關(guān)4771（或4772）和4700開(kāi)關(guān)，220 kV系統(tǒng)轉(zhuǎn)為單母線(xiàn)運(yùn)行。

圖1 一次主接線(xiàn)

變壓器保護(hù)主要有差動(dòng)保護(hù)、零序過(guò)流保護(hù)、低壓過(guò)流保護(hù)、高低壓側(cè)接地保護(hù)、機(jī)組開(kāi)關(guān)失靈保護(hù)、瓦斯保護(hù)和溫度保護(hù)等。其中差動(dòng)保護(hù)采用差動(dòng)速斷保護(hù)和交叉閉鎖方式。變壓器空投時(shí)，當(dāng)差動(dòng)速斷電流＞4 A時(shí)，差動(dòng)速斷就會(huì)立即動(dòng)作，保護(hù)出口；交叉閉鎖中各相勵(lì)磁涌流波形、幅值及二次諧波的含量不相同，只要三相涌流中任一相滿(mǎn)足閉鎖條件，將交叉閉鎖縱差保護(hù)出口，保護(hù)不會(huì)動(dòng)作。交叉閉鎖縱差保護(hù)邏輯如圖2所示。

圖2 交叉閉鎖縱差保護(hù)邏輯

2 變壓器空載合閘失敗分析

某日2號(hào)變壓器小檢修，測(cè)試直流電阻試驗(yàn)合格后立即對(duì)變壓器空載合閘，在合上2號(hào)變壓器高壓側(cè)線(xiàn)路開(kāi)關(guān)4772時(shí)，2號(hào)變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，變壓器高壓側(cè)線(xiàn)路開(kāi)關(guān)4772跳閘。

在變壓器充電過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)無(wú)異味或異響發(fā)生，對(duì)變壓器外觀檢查也未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，檢查電纜連接處也未發(fā)現(xiàn)明顯的放電跡象。且2號(hào)變壓器剛完成直流電阻試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，排除了變壓器內(nèi)部故障。從歷史事件列表中查看，2號(hào)變壓器第1套差動(dòng)保護(hù)87T1未動(dòng)作，第2套差動(dòng)保護(hù)87T2動(dòng)作，非電氣量的保護(hù)動(dòng)作信號(hào)也未收到。

對(duì)2號(hào)變壓器第2套差動(dòng)保護(hù)87T2波形（圖3）分析。2號(hào)變壓器空載合閘中的波形間斷，且在1個(gè)周期內(nèi)正半波與負(fù)半波不對(duì)稱(chēng)；含有直流分量和高次諧波分量，其中以二次諧波為主；其衰減時(shí)間約為8 s左右，屬勵(lì)磁涌流波形特性。而且差動(dòng)電流都小于4 A，差動(dòng)速斷保護(hù)未啟動(dòng)，更可確認(rèn)變壓器內(nèi)部無(wú)故障。

對(duì)圖3波形曲線(xiàn)中數(shù)值分析，各相勵(lì)磁涌流中二次諧波電流比為：A相電流中二次諧波比12．3%，B相電流二次諧波比22．6%，C相電流二次諧波比23．7%，如表1所示。

圖3 第1次合閘勵(lì)磁涌流波形

表1 保護(hù)裝置記錄數(shù)據(jù)及計(jì)算二次諧波比

懷疑是差動(dòng)保護(hù)中二次諧波制動(dòng)比設(shè)置過(guò)大造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。查看2號(hào)變壓器保護(hù)定值：第1套差動(dòng)保護(hù)87T1中二次諧波比為20%，第2套差動(dòng)保護(hù)87T2中二次諧波比為25%。第1套差動(dòng)保護(hù)87T1中二次諧波制動(dòng)中B相和C相大于20%，涌流閉鎖保護(hù)出口，該保護(hù)未動(dòng)作，工作正常；而第2套差動(dòng)保護(hù)87T2中A相、B相和C相二次諧波制動(dòng)比均小于25%，涌流不滿(mǎn)足閉鎖保護(hù)出口條件，保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致2號(hào)變壓器空載合閘不成功。經(jīng)查閱相關(guān)資料：一般為躲過(guò)勵(lì)磁涌流，防止變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，要求二次諧波制動(dòng)設(shè)置在15%～20%[2]。

通過(guò)上述分析，排除變壓器內(nèi)部故障，將87T2保護(hù)二次諧波制動(dòng)比設(shè)為20%后，申請(qǐng)?jiān)俅嗡碗姡儔浩骺蛰d合閘成功。

3 防止變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)防范對(duì)策

變壓器空載合閘保護(hù)誤動(dòng)一般都是由勵(lì)磁涌流造成的，而變壓器的勵(lì)磁涌流大小主要與合閘電壓大小、合閘角、剩磁、繞組接線(xiàn)方式、鐵心結(jié)構(gòu)及材質(zhì)等因素有關(guān)。

為減少勵(lì)磁涌流引起的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，根據(jù)上述分析和實(shí)際工作中的一些總結(jié)，提出如下防范對(duì)策：

（1）變壓器投運(yùn)前應(yīng)對(duì)差動(dòng)保護(hù)整定值綜合考慮，必須避開(kāi)合閘時(shí)最大勵(lì)磁涌流引起的差流，同時(shí)要保證差動(dòng)保護(hù)靈敏度必須大于2。

（2）比率制動(dòng)系數(shù)必須滿(mǎn)足外部短路故障時(shí)制動(dòng)電流較大，內(nèi)部短路故障時(shí)制動(dòng)電流最小，確保差動(dòng)保護(hù)的可靠動(dòng)作。

（3）為避開(kāi)勵(lì)磁涌流，防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，一般二次諧波制動(dòng)范圍最好設(shè)置在15%～20%。具體情況應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)一次設(shè)備情況設(shè)定，這樣保護(hù)裝置才能有效保證一次設(shè)備的正常運(yùn)行。

（4）避免TA參數(shù)差異引起差流，減小勵(lì)磁涌流對(duì)保護(hù)的影響，應(yīng)對(duì)TA飽和特性曲線(xiàn)進(jìn)行精確試驗(yàn)，特別關(guān)注變壓器聯(lián)接組別對(duì)高/低壓側(cè)TA接線(xiàn)影響。

（5）變壓器差動(dòng)保護(hù)一般選擇交叉閉鎖保護(hù)，雖然靈敏度有所欠缺，但是大大減少保護(hù)誤動(dòng)，提高了可靠性[3]。

（6）完成變壓器直流電阻試驗(yàn)后，可用直流消磁法或交流消磁法對(duì)變壓器消磁，達(dá)到消除剩磁或降低鐵心磁通峰值的目的[4]，從而減少勵(lì)磁涌流。

（7）變壓器的勵(lì)磁涌流造成變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)時(shí)，可適當(dāng)調(diào)整差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)門(mén)檻定值和差動(dòng)保護(hù)二次諧波制動(dòng)系數(shù)定值。

[1]王維儉．電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)電力出版社，2002．

[2]賀家馬，宋從鉅．電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M]．天津：天津大學(xué)出版社，2004．

[3]鄭濤，曹志輝．基于模糊邏輯的變壓器勵(lì)磁涌流二次諧波閉鎖方案[J]．電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2009，33（2）∶61－65．

[4]岳志剛，楊國(guó)旺，曲艷華．勵(lì)磁涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響及其對(duì)策[J]．高壓電器，2005，41（1）∶48－50．

（本文編輯：楊勇）

Analysis on No-load Closing Failure of Transformer and the Countermeasures

WU Chang-lin
（East China Langyashan Pumped-storage Power Co．，Ltd．，Chuzhou Anhui 239000，China）

Main lines and the basic configuration of the transformer in Langyashan Pumped-Storage Power Co．Ltd．a(chǎn)re introduced．The paper expounds no-load closing failure of transformer No．2 due to excitation surge current and proposes the countermeasures against maloperation of protection caused by excitation surge current．

transformer；excitation surge current；secondary harmonic；protection

TM406

：B

：1007－1881（2013）05－0026－02

2012-09-28

伍常林（1980-），男，重慶人，工程師，從事電氣運(yùn)行工作。