220 kV變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流及抑制措施分析

摘

要：闡述了變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理、危害及現(xiàn)有的變壓器勵(lì)磁涌流識別方法，結(jié)合實(shí)例，通過后臺及現(xiàn)場檢查，判斷和處理變壓器勵(lì)磁涌流，從變電站運(yùn)維角度出發(fā)，提出了涌流的抑制措施。關(guān)鍵詞：變壓器；合閘涌流；涌流抑制；差動(dòng)保護(hù)

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引言勵(lì)磁涌流是變壓器合閘電源時(shí)的一種暫態(tài)狀況，所有三個(gè)相以及接地中性點(diǎn)都有可能出現(xiàn)涌流。對變壓器差動(dòng)保護(hù)來講，勵(lì)磁涌流可視為一種差動(dòng)電流。暫態(tài)涌流并不屬于故障條件，保護(hù)仍需制動(dòng)，這是變壓器差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮的重要因素。隨著電力變壓器制造中新型硅鋼性能的改進(jìn)以及采用速度很快的差動(dòng)繼電器，勵(lì)磁涌流現(xiàn)象變得更為突出。1

勵(lì)磁涌流產(chǎn)生機(jī)理及危害變壓器鐵芯的非線性飽和特性會(huì)導(dǎo)致其空載合閘時(shí)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。涌流的波形、大小和持續(xù)時(shí)間取決于許多特性因素，如變壓器容量、繞組接法、合閘時(shí)電壓的相位角、合閘繞組所在部位、鐵芯的剩磁及磁化特性等。勵(lì)磁涌流僅流進(jìn)變壓器一側(cè)的保護(hù)區(qū)（即實(shí)際電源側(cè)），由于在差動(dòng)保護(hù)看起來為真實(shí)的差動(dòng)電流而使繼電器動(dòng)作。勵(lì)磁涌流主要分為：合閘涌流、合應(yīng)涌流和恢復(fù)涌流。其中，合閘涌流的本質(zhì)是合閘的時(shí)候，變壓器磁通不能突變。由于合閘角、主變剩磁等原因，會(huì)導(dǎo)致主變磁通飽和，產(chǎn)生很大的勵(lì)磁電流。變壓器縱差（分相差動(dòng)）保護(hù)用來保護(hù)主變?nèi)齻?cè)，但是勵(lì)磁涌流始終是縱差（分相差動(dòng)）保護(hù)無法完全解決的問題，其原因在于用電量保護(hù)來保護(hù)磁聯(lián)系的元件，必然存在缺陷。勵(lì)磁涌流主要危害：（1）可能引起變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，造成投運(yùn)失敗，影響送電效率。（2）數(shù)值大的勵(lì)磁涌流會(huì)導(dǎo)致變壓器及斷路器因電力過大而受損，連續(xù)沖擊會(huì)降低變壓器繞組機(jī)械強(qiáng)度，損壞電氣設(shè)備。（3）導(dǎo)致周邊換流站直流換相失敗或功率波動(dòng)。2

涌流檢測方法當(dāng)電力變壓器合閘電源時(shí)，靈敏的差動(dòng)保護(hù)可能誤動(dòng)。為使差動(dòng)保護(hù)躲過涌流，必須采取措施使算法能區(qū)分涌流狀況與故障狀況。波形對稱法：將流入繼電器的差流進(jìn)行微分，將微分后波形的前半周數(shù)據(jù)和后半周數(shù)據(jù)逐點(diǎn)做對稱比較，故障電流基本上是工頻正弦波，波形對稱。而勵(lì)磁涌流時(shí)，三相差動(dòng)電流中有大量的二次諧波和三次諧波分量存在，波形發(fā)生畸變、間斷、不對稱，利用算法檢測出這種畸變，即可識別出勵(lì)磁涌流。諧波分析法：勵(lì)磁涌流時(shí)，含有大量的偶次諧波分量存在，正常一次側(cè)故障電流不含有二次或其他偶次諧波。諧波隨峰值磁通密度向飽和狀態(tài)升高而增大。涌流為一種波形偏離時(shí)間軸的非對稱電流。一般的涌流含有相當(dāng)成分或大量的二次和三次諧波以及數(shù)量值依次衰減的高次諧波。3

實(shí)例分析3.1

事件經(jīng)過2017年5月10日16：24，在江蘇某220kV變電站2號主變檢修后的送電過程中，當(dāng)值班員合上2號主變2502開關(guān)時(shí)，2號主變第一套（778）差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，2號主變2502開關(guān)合閘后立即跳閘。3.2

后臺及現(xiàn)場檢查2號主變第一套差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的后臺顯示信號如圖1所示?，F(xiàn)場檢查情況：（1）2號主變第一套（778）差動(dòng)保護(hù)B相動(dòng)作，第二套（303）差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作值0.7Ie=0.44A，第一套差動(dòng)保護(hù)裝置檢查結(jié)果如圖2所示。（2）2號主變保護(hù)裝置及220kV其他運(yùn)行設(shè)備保護(hù)裝置未發(fā)出PT斷線或PT失壓等異常報(bào)警信號。（3）2號主變第一套（778）差動(dòng)保護(hù)裝置打印的故障錄波器波形圖（圖3）顯示：2號主變第一套（778）保護(hù)高壓側(cè)電流波形偏向時(shí)間軸的一側(cè)，220kV系統(tǒng)母線電壓三相波形未發(fā)生畸變。（4）調(diào)度遠(yuǎn)方故障錄波圖，如圖4所示，其電壓電流波形與圖3顯示結(jié)果一致。3.3

綜合判斷根據(jù)金壇變2號主變的檢查過程可知（最主要還是檢查電壓）：（1）2號主變雙套主保護(hù)中僅有一套差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作（兩套保護(hù)勵(lì)磁涌流閉鎖原理不同，第一套差動(dòng)保護(hù)采用諧波制動(dòng)原理，第二套差動(dòng)保護(hù)采用波形畸變識別原理，所以一套動(dòng)作，一套不動(dòng)作是有可能的。如果是變壓器有故障，不太可能一套動(dòng)作，另一套不動(dòng)作）。（2）在未調(diào)閱錄波圖或保護(hù)文件前，可初步判斷：220

kV母線電壓無異常，220

kV其他線路保護(hù)裝置無啟動(dòng)，無相關(guān)失壓信號發(fā)出。（3）2號主變保護(hù)裝置及220kV其他運(yùn)行設(shè)備保護(hù)裝置未發(fā)出PT斷線或PT失壓等異常報(bào)警信號。（4）觀察高壓側(cè)電流波形特征：1）偏向時(shí)間軸一側(cè)（最明顯的特征）；2）波形是間斷的，且間斷角很大；3）在一個(gè)周期內(nèi)正半波與負(fù)半波不對稱；4）同一時(shí)刻三相涌流和近似于零。由此可排除送電范圍內(nèi)接地短路的情況，基本判斷為2號主變2502開關(guān)合閘過程中出現(xiàn)勵(lì)磁涌流，隨后重新試送2502開關(guān)，試送成功。4

應(yīng)對措施（1）主變有檢修工作的，工作結(jié)束驗(yàn)收時(shí)務(wù)必確認(rèn)是否進(jìn)行過直流電阻測試，對進(jìn)行過直阻測試的，必須消磁后方可通過驗(yàn)收。（2）對于連續(xù)空載充電（2次以上）的變壓器，應(yīng)查看勵(lì)磁涌流大小，對勵(lì)磁涌流大的情況，應(yīng)分析原因并采取整改措施。（3）有條件的變電站應(yīng)配置選相合閘裝置，此裝置操作簡單且不改變現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)。（4）為避免換流站近區(qū)500kV變壓器充電產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌流對在運(yùn)直流造成影響，正常情況下從中壓側(cè)充電，高壓側(cè)合環(huán)。5

結(jié)語新變壓器啟動(dòng)調(diào)試需要檢驗(yàn)主變差動(dòng)保護(hù)躲過勵(lì)磁涌流