變壓器剩磁引起主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

張永龍 安福旺

摘 要：變壓器大量剩磁導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，通過差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作波形圖，分析變壓器剩磁對(duì)變壓器勵(lì)磁涌流的影響，正確判斷變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因，提出防止變壓器剩磁有效防范措施，提高保護(hù)設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞：變壓器；剩磁；勵(lì)磁涌流；差動(dòng)保護(hù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.185

1 引言

變壓器是電力系統(tǒng)中重要電氣設(shè)備之一，它主要用于將低電壓轉(zhuǎn)變成高電壓或?qū)⒏唠妷恨D(zhuǎn)變成為低電壓，它是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制造而成的一種靜止電器。變壓器勵(lì)磁涌流是由于變壓器充電時(shí)，鐵芯磁飽和而產(chǎn)生的，最大可達(dá)到變壓器額定電流的6～8倍。目前，為了防止勵(lì)磁涌流造成變壓器保護(hù)誤動(dòng)作，主要采用變壓器保護(hù)中二次諧波制動(dòng)和判別勵(lì)磁涌流間斷角的方法來實(shí)現(xiàn)。大型變壓器在預(yù)防性試驗(yàn)后，由于試驗(yàn)設(shè)備操作不當(dāng)或操作流程不規(guī)范，造成變壓器鐵芯內(nèi)存在大量剩磁，大量的變壓器剩磁將會(huì)使勵(lì)磁涌流變大，造成變壓器保護(hù)誤動(dòng)作的幾率就變大。本文通過對(duì)一起變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作事件的分析，說明變壓器剩磁對(duì)變壓器保護(hù)動(dòng)作的影響，同時(shí)給出消除和減少變壓器剩磁的方法。

2 系統(tǒng)簡(jiǎn)況

某廠220kV升壓站系統(tǒng)采用雙母線接線方式，發(fā)電機(jī)采用單元機(jī)組接線，發(fā)變組保護(hù)采用雙套保護(hù)裝置配置，均采用四方CSC-300G保護(hù)裝置。發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作前系統(tǒng)運(yùn)行圖如圖1所示。

3 故障情況

2017年3月21日，某發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)準(zhǔn)備并網(wǎng)，08時(shí)46分35秒，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速保持3000r/min，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)，啟動(dòng)后發(fā)變組保護(hù)A、B柜保護(hù)裝置均動(dòng)作，勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁開關(guān)跳閘，主汽門關(guān)閉。

4 保護(hù)動(dòng)作分析及檢查

（1）動(dòng)作值分析。查看保護(hù)裝置動(dòng)作信息，動(dòng)作時(shí)，發(fā)變組保護(hù)A柜顯示C相差動(dòng)電流為0.1836A，制動(dòng)電流為0.0625A；發(fā)變組保護(hù)B柜顯示C相差動(dòng)電流為0.1914A，制動(dòng)電流為0.0664A。主變差動(dòng)保護(hù)定值為：差動(dòng)啟動(dòng)電流為0.17，K1=0.2，K2=0.5，K3=0.7，二次諧波制動(dòng)比為0.15。經(jīng)過計(jì)算核查，實(shí)際動(dòng)作電流均大于理論計(jì)算所得動(dòng)作電流0.1825A，而變壓器二次諧波含量未達(dá)到0.15，所以保護(hù)正確動(dòng)作。

（2）現(xiàn)場(chǎng)檢查及保護(hù)動(dòng)作行為分析。保護(hù)動(dòng)作后用紅外成像儀對(duì)主變進(jìn)行了測(cè)溫檢查，未發(fā)現(xiàn)溫度升高的區(qū)域，同時(shí)，主變?cè)诎l(fā)生單相接地或相間短路時(shí)，故障相的電流會(huì)變大而對(duì)應(yīng)相的電壓會(huì)降低，但此次保護(hù)動(dòng)作時(shí)僅有電流變化而發(fā)電機(jī)電壓均正常，可排除主變單相接地或相間短路故障。本次機(jī)組啟動(dòng)前對(duì)主變套管漏油進(jìn)行了處理，處理后對(duì)變壓器進(jìn)行全部預(yù)防性試驗(yàn)（包括直流電阻測(cè)試）和絕緣測(cè)試，試驗(yàn)均合格。檢查主變油分析報(bào)告，于2017年2月油色譜試驗(yàn)報(bào)告中發(fā)現(xiàn)乙炔含量為0.4ppm，低于注意值5ppm，如主變內(nèi)部有放電現(xiàn)象，主變的輕、重瓦斯均會(huì)有所表現(xiàn)，而此次保護(hù)動(dòng)作后檢查主變的輕、重瓦斯均未出現(xiàn)異常，可排除主變內(nèi)部放電故障。根據(jù)主變差動(dòng)保護(hù)原理，主變差動(dòng)保護(hù)所用電流取自發(fā)電機(jī)機(jī)端CT、主變高壓側(cè)開關(guān)CT和高廠變高壓側(cè)CT，保護(hù)動(dòng)作時(shí)僅發(fā)電機(jī)機(jī)端CT出現(xiàn)電流，而主變高壓側(cè)開關(guān)CT和高廠變高壓側(cè)CT均無電流，可以判定保護(hù)裝置和故障錄波器內(nèi)顯示的電流真實(shí)地反應(yīng)了電氣一次設(shè)備的狀態(tài)。發(fā)電機(jī)定子電流A、B、C三相電流都包含大量的非周期分量，并且電流均偏于時(shí)間軸一側(cè)，電流量包含大量的高次諧波分量，電流波形出現(xiàn)間斷角，這些特點(diǎn)均符合變壓器勵(lì)磁涌流特點(diǎn)，由于磁涌流數(shù)值大、時(shí)間長(zhǎng)，造成主變差動(dòng)保護(hù)二次諧波閉鎖不成功，差動(dòng)保護(hù)出口，所以判定本次保護(hù)動(dòng)作應(yīng)為變壓器勵(lì)磁涌流所致。

（3）變壓器勵(lì)磁涌流與變壓器剩磁關(guān)系。變壓器繞組中的勵(lì)磁電流和磁通的關(guān)系由磁化特性所決定，變壓器鐵芯越飽和，產(chǎn)生一定的磁通所需的勵(lì)磁電流就越大。由于在最不利的合閘瞬間，鐵芯的飽和情況將非常嚴(yán)重勵(lì)磁電流的數(shù)值也隨之大大增加，可以比變壓器的空載電流大100倍左右，在不考慮繞組電阻的情況下，電流的峰值出現(xiàn)在合閘后半周的瞬間。但是，由于繞組具有電阻性，這個(gè)電流會(huì)隨時(shí)間衰減。對(duì)于容量較小的變壓器衰減得快，約幾個(gè)周波即可以達(dá)到穩(wěn)定，而較大型的變壓器而言，勵(lì)磁涌流衰減得較慢，衰減持續(xù)時(shí)間可達(dá)幾十秒。變壓器繞組中出現(xiàn)剩磁時(shí)，合閘后所產(chǎn)生的磁通和剩磁極性相同時(shí)，則變壓器繞組中的總磁通就會(huì)隨著電壓的升高而增加，從而勵(lì)磁涌流也會(huì)隨之增加，如果合閘后所產(chǎn)生的磁通和剩磁極性相反，則變壓器內(nèi)部的總磁通就會(huì)隨著電壓的升高而減小，從而削弱了勵(lì)磁涌流。由于變壓器三相互差120°，變壓器的鐵芯剩磁達(dá)足到影響變壓器正常工作時(shí)，變壓器空載合閘瞬間，主變?nèi)嚯妷旱姆禑o法控制，合閘瞬間電壓為零的一相勵(lì)磁涌流最大。對(duì)于三相變壓器就可能出現(xiàn)過電流保護(hù)動(dòng)作或變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。在本次機(jī)組啟動(dòng)前，對(duì)變壓器進(jìn)行了預(yù)防性試驗(yàn)，其中直流電阻測(cè)試使變壓器繞組中產(chǎn)生剩磁，在直流電阻測(cè)試中，高壓側(cè)選取10A電流，10min測(cè)試，低壓側(cè)選取40A電流，25min測(cè)試，由于選取電流較大，測(cè)試時(shí)間比較長(zhǎng)，造成了變壓器繞組中出現(xiàn)大量剩磁，變壓器充電時(shí)，主變鐵芯飽和從而產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌流，引起發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作。

5 防范措施

（1）減小直流電阻試驗(yàn)電流值及試驗(yàn)時(shí)間。在變壓器試驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量降低施加電流值，可使用助磁法進(jìn)行直流電阻測(cè)量，把高、低壓繞組串聯(lián)起來，選用較小的電流就使鐵芯飽和，縮短測(cè)試時(shí)間，達(dá)到快速測(cè)試的目的，從而減小鐵芯中的剩磁。

（2）將勵(lì)磁系統(tǒng)改為手動(dòng)調(diào)節(jié)方式，緩慢升高發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，以達(dá)到檢查發(fā)變組系統(tǒng)和主變壓器去磁的目的，觀察發(fā)變組運(yùn)行參數(shù)正常，主變差動(dòng)電流正常后，將勵(lì)磁系統(tǒng)投入自動(dòng)方式進(jìn)行勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)升壓，防止變壓器出現(xiàn)較大的勵(lì)磁涌流。

6 結(jié)束語

通過分析本起變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作案例，了解了變壓器剩磁對(duì)變壓器保護(hù)的影響，從而提出有效地消除和減少變壓器剩磁措施，提高設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性。

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