試論變壓器試驗后剩磁的消除方法

李志剛

（山西大唐國際云岡熱電有限責(zé)任公司，山西 大同037000）

0 前言

某電廠有兩臺9FA 燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)（390H）采用美國GE 公司設(shè)備，220KV 升壓站采用SF6 氣體絕緣組合電器（GIS），為雙母線帶母聯(lián)方式。GIS 和主變壓器的聯(lián)絡(luò)采用220KV 高壓電纜連接并采用直埋的方式，主變正常運行變比為236KV/19KV，容量為480MVA，發(fā)電機(jī)出口帶開關(guān)，作為單元機(jī)組與系統(tǒng)的并網(wǎng)點。主變在每次檢修工作后，需倒送電正常，給機(jī)組輔機(jī)供電后，機(jī)組才具備啟動條件。

#1 機(jī)組檢修過程中，主變做了預(yù)防性試驗，試驗內(nèi)容包括：介質(zhì)損耗、直流電阻測量等項目。機(jī)組檢修后，按照GE9F 燃?xì)鈾C(jī)組的開機(jī)方式，主變首先合閘受電。在#1 主變合閘時，主變差動（A 相）保護(hù)動作，合閘失敗。

對變壓器進(jìn)行全面檢查，包括油樣化驗、瓦斯繼電器檢查、檢修試驗數(shù)據(jù)復(fù)審，均未發(fā)現(xiàn)異常。于是重點對故障錄波器錄取的波形進(jìn)行了分析。故障錄波器錄取波形如下：

分析波形分析，波形出現(xiàn)明顯的間斷，是很典型的勵磁涌流。調(diào)看發(fā)變組保護(hù)G60 的分析報告，其中二次諧波含量為0.12，而變壓器差動保護(hù)的二次諧波閉鎖設(shè)定值是0.13，二次諧波含量沒有達(dá)到閉鎖值，沒有閉鎖差動保護(hù)出口。初步判斷是勵磁電流，造成的保護(hù)誤動。

經(jīng)過仔細(xì)回顧檢修過程，我們發(fā)現(xiàn)試驗人員因為天氣原因，首先進(jìn)行了變壓器的其他試驗項目，最后進(jìn)行的是變壓器直阻測量，并且試驗后，未進(jìn)行消除剩磁的處理。我們認(rèn)為變壓器試驗后的剩磁是造成此次變壓器勵磁涌流大幅增長的原因。

1 直流電阻測試產(chǎn)生剩磁的原因

由于電力變壓器繞組的電感很大為數(shù)百亨至數(shù)千亨，而直流電阻很小最小至數(shù)百微歐，用穩(wěn)壓電源給大型變壓器繞組充電達(dá)到穩(wěn)定的時間可能長達(dá)數(shù)十分鐘至數(shù)小時，為解決穩(wěn)壓電源給繞組充電的穩(wěn)定時間過于長的問題，現(xiàn)在普遍使用的是采用穩(wěn)壓穩(wěn)流電源充電的方法。此次變壓器直阻測量使用的測量儀器是保定市金達(dá)電力科技有限公司生產(chǎn)的BZC-3391（帶助磁）恒流式測試儀。該儀器可根據(jù)電源負(fù)載的大小，來決定穩(wěn)壓穩(wěn)流電源是工作于穩(wěn)壓狀態(tài)還是穩(wěn)流狀態(tài)，電源只能工作于其中一種狀態(tài)，此次測試選擇的是穩(wěn)流狀態(tài)下。其工作原理如下：RN 為電流取樣電阻，E 為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的最大穩(wěn)壓電壓，I為儀器設(shè)定的穩(wěn)流電流，開關(guān)K 合上后，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源剛開始工作于穩(wěn)壓狀態(tài)，回路電流逐步上升，當(dāng)充電電流達(dá)到儀器設(shè)定的穩(wěn)流電流時，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源進(jìn)入穩(wěn)流狀態(tài)。E 越高充電速度越快，I 越大鐵芯磁通密度飽和程度越高，可有效降低電感L 以縮短穩(wěn)定的時間、I 越大測量信號Vx 越大，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確穩(wěn)定，為了節(jié)省測試時間，獲得更準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)，試驗中，選用的是恒流模式，穩(wěn)定電流選擇的是10A。

快速準(zhǔn)確測量五柱式、低壓d 聯(lián)接大容量變壓器低壓繞組直流電阻測量難度相對較大，依據(jù)目前解決該難點均是采用大電流法或助磁法來解決，其原理均是使鐵心磁通密達(dá)到飽和以達(dá)到快速穩(wěn)定的的方法。

為了更好的達(dá)到助磁效果，實際采用的高低壓繞組串聯(lián)助磁方法，其高低壓繞組的電流方向一致，由于高壓繞組匝數(shù)是低壓繞組匝數(shù)若干倍，因此較小的勵磁電流即可使鐵心達(dá)到飽和，l0A 的勵磁電流即可滿足所有容量變壓器的要求（五柱式、低壓d 聯(lián)接大容量變壓器低壓繞組低壓繞組采用四端法測試時，達(dá)到鐵心飽和的勵磁電流需幾十安以上）。

綜上所述，由于以上測試方法，主變鐵芯可能出現(xiàn)大幅度飽和，而較長的測試時間（低壓繞組測試時間約為每相30min）會造成較大的剩磁存在。

2 目前現(xiàn)場消除剩磁的方法

2.1 直流法消除剩磁

按電工理論，正反向通入直流電流，并逐漸減小，縮小鐵心的磁滯回環(huán)，達(dá)到消除剩磁的目的。

E—蓄電池（12V）；R—可變 電阻（0—100Ω，5A）；A、A1—直流電流表（5～10A）；K—雙刀雙投刀閘；K1、K2、K3—小刀閘；R1—固定電阻（200Ω）。

在被試變壓器高壓繞組（三相變壓器可分別在AB 和BC 端）通入直接電流，例如為5A，其方向應(yīng)與測試?yán)@組直流電阻時的電流方向相反；合K1，斷開K，使A1電流降至“零”；通入相反方向電流4.7A；依次類推，每次電流值降低5%～6%，直至電流為0.05A 以下時，直流去磁結(jié)束。具體操作步驟如下：

1）K 開，K1開，K3合，K2合，合K 至“正”，電流A 達(dá)預(yù)計值；K1合，K2開，K 開，K3開，至電流A1接近“零”，K1開；

2）K 開，K1開，K3合，K2合，合至“負(fù)”電流A 達(dá)預(yù)計值；K1合，K2開，K 開，K3開，電流A1接近“零”，K1開；

如此往復(fù)，試驗電流不斷減小，可消除剩磁。

2.2 交流法消除剩磁

在被試變壓器低壓側(cè)（ac，ab 和bc 之間）分別施加50Hz 交流電壓，高壓中性點接地。視電源容量，調(diào)節(jié)補(bǔ)償電容器C，使電源電流減少，被試變低壓側(cè)以反映平均值電壓表Va 讀數(shù)為準(zhǔn)，逐漸升高電壓至50%額定電壓，并停留約5min，將電壓緩慢降至“零”再重新緩慢升高電壓至100%額定電壓，直到完全去磁。

判斷完全去磁的方法：

1）在電壓上升和下降過程中，同一電壓下的勵磁電流值相同；

2）勵磁電流的波形上下對稱，無偶次諧波分量。

3 消除剩磁的實例

用直流和交流方法對一臺750MVA、500kV 三相變壓器進(jìn)行了去磁。本來，其中的一種方法均足以去磁，但為了檢驗直流法的效果，特增加了交流法。

在AB 和BC 端間，分別進(jìn)行直流去磁，耗時約7h。同時接線，進(jìn)行交流去磁，在第一次升電壓至50%額定電壓時，即尚未開始交流去磁，勵磁電流中已無偶次諧波，說明直流去磁的效果很好，我們已對7臺（相）500kV 變壓器進(jìn)行過直流去磁，并用交流法的勵磁電流無偶次諧波判別方法，予以驗證，均取得滿意效果。

4 結(jié)論

1）繞組直流電阻的測試，會在變壓器鐵心中殘留剩磁，建議現(xiàn)場220～500kV 變壓器高壓繞組的測試電流，以不大于5A 為宜。

2）當(dāng)剩磁產(chǎn)生較大影響時，應(yīng)考慮剩磁的消除。交流消磁法由于使用的設(shè)備較復(fù)雜，不利于現(xiàn)場使用。現(xiàn)場消磁應(yīng)優(yōu)先考慮直流法消磁剩磁。

3）工程實際中，無需將剩磁消除到完全消失，可使用1A 電流，多次放電，理論上可以降低剩磁值，降低變壓器涌流值。

4）在試驗順序中，采用先直流后交流試驗順序，可以減少剩磁的存在，例如，先做直阻測試，后做交流介損試驗。

5）目前市面上有利用直流消除剩磁原理生產(chǎn)的剩磁消除裝置，其設(shè)計原則就是電路的集成化、自動化，當(dāng)多次使用儀器消除剩磁后，可基本保證剩磁不會對變壓器沖擊產(chǎn)生影響。

6）9FA 燃機(jī)可以啟用第二并網(wǎng)點并網(wǎng)，發(fā)電機(jī)啟動前合上出口開關(guān)，帶主變高廠變零起升壓，將利用主變高壓側(cè)開關(guān)并網(wǎng)，避免對主變的沖擊，在大型燃煤機(jī)組中，都使用該模式并網(wǎng)。