變壓器剩磁引起主變差動保護(hù)動作

謝大慶

摘要：變壓器作為變電站的“心臟”，承擔(dān)將某一電壓變換為頻率相同的另一種或幾種數(shù)值不同的電壓的設(shè)備。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，變壓器容量越來越大，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也越來越龐大。變壓器在斷路器分閘、進(jìn)行直流電阻試驗、空載試驗后，變壓器鐵心會留下一定的剩余磁通，這就是剩磁。變壓器剩磁將會使勵磁涌流變大，造成變壓器保護(hù)誤動作，從而影響設(shè)備的正常運行。

關(guān)鍵詞：變壓器剩磁;差動電流;保護(hù)動作

1變壓器剩磁

電力變壓器是電網(wǎng)的重要組成元件之一，在電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行中具有極其重要的作用。繞組直流電阻試驗是變壓器狀態(tài)檢修例行試驗中必不可少的項目，由于鐵磁材料的磁滯特性，直流電阻試驗將在變壓器鐵心中殘留剩磁。一般來說，直流電阻試驗所加電流越大、加電流時間越長，剩磁量越大。由于剩磁的存在，當(dāng)變壓器投入運行時，鐵心剩磁使變壓器鐵心半周飽和，在勵磁電流中產(chǎn)生大量諧波，形成涌流，這不僅增加了變壓器的無功消耗，而且可能引起繼電保護(hù)器誤動作，甚至損壞，造成經(jīng)濟(jì)損失。與此同時，鐵心的高度飽和使漏磁增加，引起金屬結(jié)構(gòu)件和油箱過熱。局部過熱將使絕緣紙老化并使變壓器油分解，影響變壓器的壽命。因而變壓器鐵心剩磁不僅直接影響到繞組的運行安全，而且還會影響到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行。

2案例分析

本文以某升壓站系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)采用雙母線接線方式，發(fā)電機采用單元機組接線，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。2019年6月5日，某發(fā)電機組啟動準(zhǔn)備并網(wǎng)，16時32分15秒，發(fā)電機轉(zhuǎn)速保持3000r/min，啟動發(fā)電機勵磁系統(tǒng)，啟動后發(fā)變組保護(hù)A、B柜保護(hù)裝置均動作，勵磁系統(tǒng)滅磁開關(guān)跳閘，主汽門關(guān)閉。

2.1保護(hù)動作分析及檢查

2.1.1動作值分析

經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，動作時，發(fā)變組保護(hù)A柜顯示C相差動電流為0.1836A，制動電流為0.0625A;發(fā)變組保護(hù)B柜顯示C相差動電流為0.1914A，制動電流為0.0664A。主變差動保護(hù)定值為：差動啟動電流為0.17，K1=0.2，K2=0.5，K3=0.7，二次諧波制動比為0.15。經(jīng)過計算核查，實際動作電流均大于理論計算所得動作電流0.1825A，而變壓器二次諧波含量未達(dá)到0.15，所以保護(hù)正確動作。

2.1.2現(xiàn)場檢查及保護(hù)動作行為分析

用紅外成像儀對主變進(jìn)行了測溫檢查，未發(fā)現(xiàn)溫度升高的區(qū)域，同時，主變在發(fā)生單相接地或相間短路時，故障相的電流會變大而對應(yīng)相的電壓會降低，但此次保護(hù)動作時僅有電流變化而發(fā)電機電壓均正常，可排除主變單相接地或相間短路故障。本次機組啟動前對主變套管漏油進(jìn)行了處理，處理后對變壓器進(jìn)行全部預(yù)防性試驗和絕緣測試，試驗均合格。檢查主變油分析報告，于2019年4月油色譜試驗報告中發(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、重瓦斯均會有所表現(xiàn)，而此次保護(hù)動作后檢查主變的輕、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)主變差動保護(hù)原理，主變差動保護(hù)所用電流取自發(fā)電機機端CT、主變高壓側(cè)開關(guān)CT和高廠變高壓側(cè)CT，保護(hù)動作時僅發(fā)電機機端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)顯示的電流真實地反應(yīng)了電氣一次設(shè)備的狀態(tài)。發(fā)電機定子電流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，這些特點均符合變壓器勵磁涌流特點，由于磁涌流數(shù)值大、時間長，造成主變差動保護(hù)二次諧波閉鎖不成功，差動保護(hù)出口，所以判定本次保護(hù)動作應(yīng)為變壓器勵磁涌流所致。

2.1.3變壓器勵磁涌流與變壓器剩磁關(guān)系

通常，變壓器繞組中的勵磁電流和磁通的關(guān)系是由磁化特性所決定，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，這個電流會隨時間衰減。對于容量較小的變壓器衰減得快，約幾個周波即可以達(dá)到穩(wěn)定，而較大型的變壓器而言，勵磁涌流衰減得較慢，衰減持續(xù)時間可達(dá)幾十秒。變壓器繞組中出現(xiàn)剩磁時，合閘后所產(chǎn)生的磁通和剩磁極性相同時，則變壓器繞組中的總磁通就會隨著電壓的升高而增加，從而勵磁涌流也會隨之增加，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)部的總磁通就會隨著電壓的升高而減小，從而削弱了勵磁涌流。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，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磁涌流最大。對于三相變壓器就可能出現(xiàn)過電流保護(hù)動作或變壓器差動保護(hù)動作。在本次機組啟動前，對變壓器進(jìn)行了預(yù)防性試驗，其中直流電阻測試使變壓器繞組中產(chǎn)生剩磁，在直流電阻測試中，高壓側(cè)選取10A電流，10min測試，低壓側(cè)選取40A電流，25min測試，由于選取電流較大，測試時間比較長，造成了變壓器繞組中出現(xiàn)大量剩磁，變壓器充電時，主變鐵芯飽和從而產(chǎn)生較大的勵磁涌流，引起發(fā)變組保護(hù)動作。

2.2應(yīng)對措施

為了有效避免上述問題的發(fā)生，可以采取以下兩點措施：第一，減小直流電阻試驗電流值及試驗時間。在變壓器試驗時應(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，縮短測試時間，達(dá)到快速測試的目的，從而減小鐵芯中的剩磁。第二，將勵磁系統(tǒng)改為手動調(diào)節(jié)方式，緩慢升高發(fā)電機機端電壓，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)變組運行參數(shù)正常，主變差動電流正常后，將勵磁系統(tǒng)投入自動方式進(jìn)行勵磁系統(tǒng)自動升壓，防止變壓器出現(xiàn)較大的勵磁涌流。

3結(jié)束語

本文通過對一起變壓器差動保護(hù)動作事件的分析，說明變壓器剩磁對變壓器保護(hù)動作的影響，同時給出消除和減少變壓器剩磁的方法，以保障變壓器設(shè)備的安全運行。

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