500kV變壓器過勵磁保護(hù)探討

陳旭　饒勇　殷光武　袁功獻(xiàn)

摘要：在500kV變壓器使用的過程中，過勵磁現(xiàn)象的存在會對設(shè)備產(chǎn)生破壞，影響系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，同時會降低設(shè)備的使用壽命。文章針對500kV變壓器的過勵磁保護(hù)以及相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：500kV變壓器；過勵磁現(xiàn)象；過勵磁保護(hù)；電力系統(tǒng)；電力建設(shè) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM772 文章編號：1009-2374（2015）17-0136-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.069

過勵磁保護(hù)主要是為了對變壓器的過勵磁情況進(jìn)行保護(hù)，以防過勵磁超出限制，影響變壓器的運(yùn)行以及使用年限。本文針對500kV變壓器的過勵磁保護(hù)等相關(guān)的內(nèi)容分析研究。

1 500kV變壓器產(chǎn)生過勵磁現(xiàn)象的原因

在電網(wǎng)、電力系統(tǒng)發(fā)展的過程中，500kV變壓器被廣泛使用，但是在使用的過程中會產(chǎn)生一些過勵磁，過勵磁的產(chǎn)生會影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，減少設(shè)備的使用壽命。500kV變壓器在設(shè)計(jì)過程中，有一個磁通密度值，初設(shè)計(jì)中該磁通密度值一般為1.6～17T，但是在制造的過程中，磁通密度值要>1.9T，進(jìn)而將變壓器額定電壓、頻率造成的偏差避免。過勵磁現(xiàn)象還是會發(fā)生，針對產(chǎn)生過勵磁現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，主要為：（1）開關(guān)連接或者調(diào)整不適。在對500kV變壓器進(jìn)行檢修時，退出運(yùn)行后，變壓器的分接開關(guān)要調(diào)整到最小的位置，但是在完成變壓器的檢修之后，忘記調(diào)整分接開關(guān)而進(jìn)行合閘，造成電路中的實(shí)際電壓大于最小分接電壓，造成過勵磁的產(chǎn)生；（2）空載到負(fù)載的合閘瞬間產(chǎn)生。主要是因?yàn)樽儔浩鞯蔫F芯中存在一定的剩余磁通，在外加電壓過零合閘時，過勵磁將增加，而不利于合閘；（3）實(shí)際頻率低于額定頻率。變壓器的額定電壓的頻率低于額定頻率，同時電感性負(fù)載的電壓不變，此時將會增加變壓器鐵芯中的磁通，而誘發(fā)過勵磁的產(chǎn)生；（4）鐵芯結(jié)構(gòu)因素。鐵芯的材質(zhì)一般為冷軋硅鋼片，接縫分兩處錯開，形成一定的搭接距離。搭接面增加，但是厚度減少，造成實(shí)際截面減少，使得鐵芯接縫處產(chǎn)生過勵磁。

2 500kV變壓器的過勵磁能力以及對其產(chǎn)生的影響

按照式（1）進(jìn)行過勵磁能力的測試，n增大，空載電流與損耗之間的關(guān)系為非線性陡增。對變壓器自身的損耗進(jìn)行分析，其損耗主要在金屬構(gòu)件的表面、鐵芯等部位，并在運(yùn)行中產(chǎn)生局部過熱。在過勵磁倍數(shù)相同的情況下，變壓器的額定磁密、飽和磁密等參數(shù)，影響變壓器的過勵磁持續(xù)的時間，如果額定磁密與飽和磁密越近，飽和磁密曲線的斜率就會下降越明顯，也因此使得變壓器過勵磁產(chǎn)生的持續(xù)時間縮短。

因此500kV變壓器的生產(chǎn)制造，可以提供兩條過勵磁曲線：一種是空載下的；一種是滿載下的。變壓器的電壓公式為：U=E-IZ；所以根據(jù)電壓公式，得出IZ的作用下變壓器的負(fù)載運(yùn)行時的電壓會下降，進(jìn)而使得過勵磁持續(xù)時間縮短。在實(shí)際生產(chǎn)500kV變壓器的過程中，要按照變壓器滿載情況下的過勵磁曲線進(jìn)行相關(guān)的配合制造。

過勵磁的產(chǎn)生將會增加變壓器空載電流的高次數(shù)諧波、使得變壓器在運(yùn)行中的噪音增加、涌流超過空載電流，并產(chǎn)生較大的機(jī)械力、對變壓器的構(gòu)件產(chǎn)生損耗、增加空載損耗等。在變壓器的實(shí)際電壓大于額定電壓10%以上后，變壓器的鐵芯處于飽和狀態(tài)，過勵磁增加，鐵芯溫度升高，雜散磁通增強(qiáng)，使得繞組以及其他的金屬部件產(chǎn)生損耗，造成設(shè)備的過熱、絕緣老化，影響著設(shè)備的使用壽命，嚴(yán)重時會燒毀變壓器。

3 500kV變壓器的過勵磁保護(hù)

在變壓器運(yùn)行過程中，系統(tǒng)電壓的升高、頻率的降低也會影響變壓器過勵磁的產(chǎn)生，所以過勵磁保護(hù)非常重要。在實(shí)際運(yùn)行工作中，只有變壓器的繼電器反時限特性曲線，在過勵磁可允許范圍內(nèi)曲線的下方，才可以充分地發(fā)揮繼電器的變壓器過勵磁保護(hù)作用。

如果反時限特性曲線與過勵磁曲線相交，則說明變壓器的繼電器與之配合度較差，也就是說過勵磁值<相交值，此時的繼電器的運(yùn)行時間>變壓器的運(yùn)行時間，使得繼電器還未開始繼電器動作，變壓器就已經(jīng)出現(xiàn)了損壞。在500kV變壓器工作時，磁密、U/f成為正相關(guān)的關(guān)系，繼電器的電壓一次線圈轉(zhuǎn)變?yōu)槟妇€電壓互感器二次的位置，將反應(yīng)加到變壓器的電壓、頻率上，進(jìn)行過勵磁保護(hù)。

從式（3）中，可以得到K值與T2成正比例關(guān)系，K為整定時間的倍數(shù)。當(dāng)K值不同時，將會呈現(xiàn)出一簇曲線（圖2），所以針對實(shí)際運(yùn)行中確定的變壓器，可以適當(dāng)?shù)倪x擇K值、M值。改變K值、M值，使反時限動作發(fā)生時間與變壓器的過勵磁持續(xù)時間有效的結(jié)合，完成對變壓器過勵磁的保護(hù)，降低對變壓器以及相關(guān)設(shè)備的損耗和破壞。

在此基礎(chǔ)上，對變壓器進(jìn)行過勵磁保護(hù)，可以從兩個方面進(jìn)行：第一個為反時限過勵磁保護(hù)；第二個為定時限過勵磁保護(hù)。從圖1中的數(shù)據(jù)可以得出，過勵磁比≤1.1時，變壓器過勵磁的產(chǎn)生將非常小，或者說變壓器的穩(wěn)定工作時間較長，所以可以將變壓器的繼電器的啟動值設(shè)置為1.1，在過電壓達(dá)到1.1倍時，繼電器開始對變壓器進(jìn)行過勵磁保護(hù)。當(dāng)N=500kV/100V時，U/f的二次啟動值為510/500×110V/50Hz=2.24（V/Hz）。當(dāng)K為最大值10時，還會有充足的時間完成變壓器的過勵磁保護(hù)操作，有很大的余度，所以在變壓器運(yùn)行中，過勵磁曲線較低時，K值可以適當(dāng)選得小一些。當(dāng)繼電器的特性曲線與變壓器過勵磁曲線相交時，變壓器的過勵磁保護(hù)主要是依靠反時限過勵磁保護(hù)。因此在實(shí)際工作中，需要根據(jù)變壓器的工作環(huán)境、工作需求、工作強(qiáng)度等因素設(shè)置過勵磁保護(hù)裝置，安裝定時限過勵磁保護(hù)彌補(bǔ)反時限過勵磁保護(hù)缺陷。

4 結(jié)語

隨著電力系統(tǒng)、電網(wǎng)等的發(fā)展，500kV變壓器成為電力建設(shè)中常用的主要設(shè)備，在500kV變壓器使用的過程中，會在各種因素的影響下產(chǎn)生過勵磁現(xiàn)象。過勵磁的產(chǎn)生將影響變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，會造成設(shè)備的損耗、變壓器燒毀等，為了有效地對變壓器進(jìn)行保護(hù)，需要按照變壓器過勵磁保護(hù)裝置，對過勵磁進(jìn)行檢測，防止其超過允許限額，對變壓器以及相關(guān)設(shè)備造成影響。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：陳旭（1987-），女，湖北漢川人，供職于廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司設(shè)備部，研究方向：繼電保護(hù)和自動裝置。

（責(zé)任編輯：蔣建華）