淺析電力變壓器勵磁涌流引起的斷路器跳閘

摘要：對變壓器試運行過程中充電保護動作跳閘情況進行了分析，經過相關的錄波報告和充電保護定值闡述了勵磁涌流對變壓器運行的影響，并提出了一些運行以及預防的措施。

關鍵詞：繼電保護 電力變壓器 跳閘分析 勵磁涌流

某新投運變電站兩臺變壓器在試運行過程中，當對變壓器高壓側充電時兩臺變壓器均有多次跳閘，通過對錄波報告分析后確定為勵磁涌流引起，開關跳閘為母聯充電保護及變壓器過流保護所整定定值無法躲過勵磁涌流，經過多次修改后，變壓器送電正常。

1 跳閘概況

該變電站主變型號分別為：1號變：SFZ10－K－180000/220，2號變：SFZ10－180000/220。試運行期間兩臺變壓器充電共計15次，其中1號變失敗2 次，2號變失敗3次，送電成功各5次。

充電方式為：220kVII母母線上僅有變壓器高壓側開關，I母通過母聯開關向II母上的變壓器充電。此時所投入保護為母聯斷路器充電保護，變壓器差動保護、三側復壓過流保護以及瓦斯保護。充電時母聯充電保護、變壓器復壓過流保護均動作。

跳閘后分析跳閘原因為主變勵磁涌流引起，經修改主變過流保護定值，電流改大，時間改長后主變充電成功，2臺主變各正常充電5次。

2 跳閘分析

在試運行過程中，變壓器跳閘，一般分為兩種情況：①變壓器內部故障，確實存在故障點，電流中含有故障電流，使開關跳閘；②變壓器勵磁涌流，保護未躲過變壓器勵磁涌流而造成跳閘。故障電流就單相來看為正弦波，電流較大且對稱分布于時間軸兩側。而勵磁涌流為尖頂波，其中含有大量的非周期分量和諧波分量，以二次諧波分量為主，并且前幾個周期可能完全偏向于時間軸一側，存在間斷角。

從變壓器跳閘時故障錄波圖中可以看出電流的波形完全可以符合變壓器勵磁涌流的特點：①勵磁涌流為尖頂波，其中含有大量的諧波分量和非周期分量，諧波分量以二次諧波分量為主，且其波形偏向時間軸一側。②勵磁涌流在最初的幾個周期波形是間斷的。因此可以初步判斷為勵磁涌流。此時的保護定值為

由于母聯開關合閘瞬間變壓器零序電流高達1467A，相電流C相最大達到2230A；在0.25S左右零序電流衰減到1057A，相電流C相衰減到951A，但B相電流仍有1051A。變壓器過流保護動作導致變壓器高壓側跳閘，母聯過流保護動作導致母聯開關跳閘。

選取Ic相錄波諧波分量進行分析：

上圖為電流諧波分量分析圖，從圖中可以看出，Ic相電流中直流分量高達73.7%，二次諧波分量為87.99%，由此，也可判斷定勵磁涌流而非故障電流。

因此，此次跳閘為勵磁涌流所致，但投運所設定值專為躲過勵磁涌流所設，按正常情況下應能躲過勵磁涌流。為此我們分析合閘成功后的一次勵磁涌流波形。

勵磁涌流在接近2S的時候零序電流仍有526A左右，B相電流也有568A，而變壓器的額定電流僅為483A，電流大于一倍的額定電流，而通常情況下勵磁涌流的衰減在開始瞬間衰減很快，以后逐漸減慢，經0.5～1s后其值不超過(0.25～0.5)In。而此次勵磁涌流在接近2s時仍有約一倍的電流，可見其衰減程度之慢。因此常規所用過流保護定值無法躲過勵磁涌流。

勵磁涌流衰減較慢，是引起保護未能躲過勵磁涌流的主要原因。而變壓器勵磁涌流的衰減速度與電力系統的時間常數有關。勵磁涌流與合閘瞬間外加電壓的相位，鐵芯中剩磁的大小和方向、電源容量、變壓器的容量及鐵芯材料等因素有關。一般，變壓器容量大、距離電源點近、鐵芯飽和不深時勵磁涌流衰減時間較長。經過考察，此變電站4條220kV線路所連接變電站均有發電廠出線，與電源距離較近，且兩臺變壓器為180000KW的變壓器，容量較大，因此勵磁涌流衰減時間較長，致使常規所用定值無法滿足要求。

綜上所述，此次對變壓器多次充電失敗的最主要原因為變壓器容量較大且鐵芯飽和不深，使回路電抗較大，致使勵磁涌流衰減時間較長，引起開關跳閘。

3 改進措施

勵磁涌流容易引發變壓器的繼電保護裝置誤動，使變壓器的投運頻頻失敗，數值很大的勵磁涌流會導致變壓器及斷路器因電動力過大受損，誘發操作過電壓，損壞電氣設備并造成電網電壓驟升或驟降，影響其他電氣設備正常工作。

①對于變壓器試運行送電前結合區域電網及廠家提供的變壓器鐵芯特性，可對試運行保護的定值進行在定值范圍內更改。

二次諧波制動整定根據經驗可整定為15%-20%

涌流間斷角，根據運行經驗閉鎖角可取為60度至70度。如需用涌流導數的最小間斷角大于等于65度，最大波寬小于等于140度。

②結合區域電網特點，在設備簽署技術協議時增加保護裝置對勵磁涌流的判據條件，確保躲過勵磁涌流，保證設備穩定運行。