變壓器直流電阻測試產(chǎn)生的剩磁的影響

連 杰

（安康水力發(fā)電廠，陜西 安康 725000）

變壓器直流電阻測試產(chǎn)生的剩磁的影響

連 杰

（安康水力發(fā)電廠，陜西 安康 725000）

安康水力發(fā)電廠1號發(fā)電機變壓器組小修結束進行開機試驗時，變壓器產(chǎn)生較大的勵磁涌流。分析認為此次變壓器產(chǎn)生的勵磁涌流源于變壓器直流電阻測試所產(chǎn)生的剩磁。指出了變壓器剩磁的危害，提出了消除剩磁的方法。

變壓器；直阻測試；剩磁；勵磁涌流；消磁

1 事件經(jīng)過

根據(jù)2013年的春檢工作計劃，安康水力發(fā)電廠經(jīng)過12天時間完成了1號水輪機的小修。小修期間，共完成了1號水輪機機械設備部分改造檢查、1號發(fā)電機機電設備清掃檢查以及1號變壓器預防性試驗。

2013-05-16T20:40，進行1號發(fā)電機開機試驗。因1號發(fā)電機（1F）?與1號變壓器(1B)為單元接線(見圖1),所以采用1F帶1B空載開機啟勵升壓。開機過程中，?1F機端電壓直接升至額定電壓，未進行遞升加壓。此時，1101開關還未合閘并網(wǎng)，計算機監(jiān)控發(fā)出“1號發(fā)電機差動啟動告警”、“1F故障錄波器啟動”光字信號。運行人員從計算機上位機監(jiān)控畫面觀察到1號發(fā)電機機端出現(xiàn)1?000?A以上的定子電流(監(jiān)控畫面只能看粗略值)，大約經(jīng)過2?s電流衰減至0。于是終止試驗，檢查相關設備，并進行分析。

現(xiàn)場檢查發(fā)電機、變壓器一次設備無異常情況，1號發(fā)電機—變壓器組1FB繼電保護系統(tǒng)無動作信號，1FB保護裝置無任何事件記錄，1號機組故障錄波器啟動，記錄下了1號發(fā)電機機端三相定子電流波形。

技術人員對此次錄波圖進行分析，發(fā)現(xiàn)1號發(fā)電機機端三相定子電流中，B相、C相電流較大，二次側采樣有效值約為0.6?A(流互變比為12?000/5，即實際一次電流約 1?440?A)，且還具有如下特點：

(1)?電流偏于時間軸的一側，說明該電流包含有很大成分的非周期分量；

圖1 1號發(fā)電機-變壓器組接線示意

(2)?電流變化曲線為尖頂波，說明其中含有數(shù)值很大的高次諧波分量；

(3)?電流波形之間出現(xiàn)間斷。

以上3個特點完全符合變壓器勵磁涌流的特點。由于1F機端三相定子電流即是1B低壓側的三相電流，而1B高壓側無電流，因而1B差動保護采集到的差流就等于該電流。1F、1B在這次設備檢修過程中做過一些電氣試驗和特性檢查，其電氣一次設備絕緣良好，電氣二次設備也沒有異常現(xiàn)象，所以可以判定該三相電流的產(chǎn)生是由于受到相關設備電氣試驗的影響，造成1F帶1B升壓時產(chǎn)生勵磁涌流。計算機監(jiān)控發(fā)出的“1號發(fā)電機差動啟動告警”信號，實際上是1B差流越限告警引起的。因此，決定再次空載開機，勵磁涌流現(xiàn)象沒再出現(xiàn)，設備一切正常。

2 事件分析

2.1 設備介紹

安康水力發(fā)電廠是上世紀90年代初期投產(chǎn)發(fā)電的大中型水電站，4臺發(fā)電機分別與4臺主變構成單元接線。變壓器1B是西安變壓器廠上世紀90年代初生產(chǎn)的SSP7—240?000/110型三相水冷變壓器，額定容量為240?000?kVA,接線組別為“Yn,d11”接線。發(fā)電機1F單機容量為200?MW，其勵磁系統(tǒng)采用的是東方電機廠生產(chǎn)的DLST—15型他勵可控硅勵磁系統(tǒng)。1FB繼電保護設備是2011年初改造更換的國電南自凌伊電力自動化有限公司生產(chǎn)的DGT—801系列數(shù)字式發(fā)電機變壓器組保護裝置。電氣量保護采用A柜、B柜雙套化配置，其中A柜、B柜各配置1套DGT—801B型裝置。

DGT—801B型保護裝置配備有發(fā)電機差動保護、變壓器差動保護、勵磁機差動保護。對于這3種差動保護裝置，設備正常運行時幾乎沒有差流。若差動保護區(qū)內(nèi)發(fā)生相間短路故障，其差流達到啟動電流整定值時，保護裝置則會動作出口切除故障并發(fā)出動作信號，還會在裝置的事件記錄中保存動作報告。在某些情況下，若差流未達到啟動電流整定值，但超過啟動電流整定值的1/3時，一般預示差動回路存在某種異常狀態(tài)，則向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)“差流越限告警”信號，提示運行人員加以監(jiān)測，但保護裝置不會保存此類告警事件的報告。為了簡化設計，A柜、B柜發(fā)電機差動保護、變壓器差動保護、勵磁機差動保護的“差流越限告警”信號共用1對信號出口接點送至監(jiān)控系統(tǒng)。也就是說，其中的任何一套差動保護差流越限，監(jiān)控系統(tǒng)都會發(fā)出“1號發(fā)電機差動啟動告警”光字信號。

一般情況下，保護裝置的告警信號是不保持的，告警源消失，告警信號就返回。對1FB繼電保護裝置檢查時沒有找到任何事件記錄，但故障錄波圖顯示，通過1F機端三相的定子電流(也就是1B低壓側的三相電流)具有變壓器勵磁涌流特征，并且1FB還未并入電網(wǎng)，即1101開關處于分閘位置，1B高壓側無電流。此時，1B低壓側電流就是1B差動保護的差流，該電流雖未達到1B差動保護啟動整定值，但超過1B差動啟動整定電流的1/3。1B差動保護啟動電流整定值(折算到1B低壓側的一次電流值)為4?008?A,其差流越限報警值則應為1?336?A，而故障錄波圖顯示當時實際的電流有效值達到1?440?A。因而可以認定，此次告警是1B產(chǎn)生勵磁涌流造成1B差動保護差流越限引起的。

2.2 變壓器的剩磁與勵磁涌流

當變壓器空載投入或外部故障切除電壓恢復時，相應側可能出現(xiàn)很大的勵磁電流。這種暫態(tài)過程中出現(xiàn)的勵磁電流稱作勵磁涌流。在給變壓器充電、外部故障切除電壓恢復或其他引起系統(tǒng)電壓急劇變化的情況下,都會使變壓器產(chǎn)生勵磁涌流。勵磁涌流是由于鐵芯的磁飽和產(chǎn)生的。如果對一臺經(jīng)過預防性試驗的變壓器，既沒有進行消磁處理，也沒有采取其他有效措施，該變壓器一定會有不同程度的剩磁。那么，當機組啟勵給發(fā)電機—變壓器組快速升壓時，在剩磁疊加影響下，會加劇勵磁涌流的產(chǎn)生。

在這次1F小修期間對變壓器1B做過的試驗項目有，高低壓繞組的絕緣電阻(吸收比)、直流泄漏、直流電阻、繞組介損、套管絕緣等預防性試驗。一般來說，交流磁勢對變壓器會有部分消除剩磁的作用，而電力變壓器在做直流試驗后都會產(chǎn)生剩磁。剩磁的多少取決于變壓器繞組通過的直流電流強度和時間。剩磁是鐵磁材料的磁滯損耗表現(xiàn)，磁滯損耗是鐵磁材料將電能吸收后轉(zhuǎn)化為磁能的結果，在交流回路中表現(xiàn)為鐵損的一部分(與渦流損耗共同組成變壓器的鐵損)。也就是說，磁滯損耗是能量轉(zhuǎn)換的結果，因此，與輸入的功率和時間有關，即在變壓器繞組上輸入的電功率越大，時間越長，剩磁量就越大。

在這次1B預試中能使變壓器低壓繞組產(chǎn)生剩磁的預試項目是直流電阻測試。其他試驗項目有的使用交流測試，有的使用的直流電流很小，產(chǎn)生的剩磁可以忽略不計。安康水電廠直流電阻測試使用的是JD—2550型變壓器直阻測試儀，該儀器是專門為變壓器繞組電阻測量而設計的快速測試設備。它采用全新的電源技術，額定功率為1?200?W，輸出電流大。可輸出的直流電流有50?A，25?A，12?A 這 3 個檔位，量程為 50?A(0.4～400?mΩ)、25?A(1～800?mΩ)、12?A(1～1?600?mΩ）。該儀器采用單片機作為系統(tǒng)處理的核心，對整機進行控制，自動完成校驗、穩(wěn)流判斷、數(shù)據(jù)處理、阻值顯示等功能，適合大型變壓器直流電阻的測試。

由于變壓器繞組可視為被測繞組的電感L與其電阻R串聯(lián)的等值電路，對其通入直流電流時，因電感L中的電流不能突變，電路達到穩(wěn)定的時間取決于L與R的比值,即時間常數(shù)T。由于大型變壓器繞組的電感較大、電阻較小，因而時間常數(shù)T較大，過渡過程時間較長，測量大型變壓器的直流電阻需要很長的時間。

采用“Yn，d11”接線的1B低壓側相間直流電阻大約為1.3～1.4?mΩ，為確保測試精度，測試時一般選擇50?A(0.4～400?mΩ)的量程。3組繞組的直阻測試時間共需要1.5?h。這樣大功率的直流長時間地加在變壓器低壓繞組上，會產(chǎn)生相當多的剩磁。

2.3 變壓器剩磁的危害

變壓器剩磁具有一定的危害性，表現(xiàn)在當變壓器投入運行時，鐵芯剩磁使變壓器鐵芯半周飽和，在勵磁電流中產(chǎn)生大量諧波。這不僅增加了變壓器的無功消耗，而且可能會引起繼電保護裝置誤動作。另外，鐵芯的高度飽和會使漏磁增加，引起繞組間的機械作用力，可能造成其固定物逐漸松動，還可能引起金屬結構件和油箱的局部過熱。局部過熱將加速絕緣老化并使變壓器油分解，影響變壓器的使用壽命。并且，假如產(chǎn)生了數(shù)值較大的勵磁涌流，還會導致變壓器因電動力過大而受損。另外，勵磁涌流中的直流分量還可導致電流互感器磁路被過度磁化，大幅降低測量精度和繼電保護的正確動作率。

3 變壓器剩磁的消除措施

變壓器繞組直流電阻的測試會產(chǎn)生剩磁，而該測試是變壓器試驗中的一個重要試驗項目。通過直流電阻測試分析，可以發(fā)現(xiàn)諸如變壓器接頭松動、分接開關接觸不良、檔位錯誤等許多缺陷，對保證變壓器安全運行起到重要作用。

由于變壓器剩磁有諸多不良影響，因此在變壓器經(jīng)過大電流直流電阻測試后，必須采取適當?shù)南糯胧８鶕?jù)剩磁形成的機理，可以采取下列消除剩磁的措施。

(1)?用專用設備——電力變壓器消磁儀進行消磁。隨著電子技術的不斷發(fā)展，一些性能良好的變壓器消磁儀相繼面市并得到廣泛應用。

(2)?直阻流電試驗完畢后，將直流電阻測試儀調(diào)換極性，對變壓器繞組再進行1次充電，用其所產(chǎn)生的磁通抵消直流電阻測試時所產(chǎn)生的部分剩磁。

(3)?由于交流磁勢對變壓器會有部分消除剩磁的作用，可在變壓器預試結束時給變壓器低壓繞組外加一個交流磁勢，以消除剩磁。也可以在變壓器預試的試驗順序上進行嘗試，例如先做直流測試項目，最后做交流測試項目。

(4)?對于發(fā)電機變壓器單元接線系統(tǒng)，在變壓器經(jīng)過大電流直流電阻測試后的首次升壓時，應盡可能避免直接充全電壓，而可以采用發(fā)變組零起升壓或遞升加壓等逐漸升高電壓的方法，這也能很好地解決變壓器的剩磁問題。

4 發(fā)變組檢修后的啟動方式與反思

安康水力發(fā)電廠投產(chǎn)發(fā)電20多年來，在發(fā)電機、變壓器設備新投運或者進行發(fā)變組大修檢查后都必須進行發(fā)變組零起升壓試驗，而且在發(fā)變組小修檢查后一般也都要進行發(fā)變組遞升加壓試驗。采用零起升壓試驗方式，即發(fā)變組自零電壓開始，逐步平穩(wěn)升壓，直至額定電壓，以檢查發(fā)變組設備是否還存在故障，可防止直接將全電壓加在有故障的設備上造成設備損壞。發(fā)變組遞升加壓，一般是在升壓過程中在發(fā)電機額定電壓的 30?%，50?%，80?%處分別停頓一下，檢查相關設備無異常后再加壓至100?%Ue，最后并網(wǎng)帶負荷。

發(fā)變組零起升壓和遞升加壓不但可以有效防止直接將全電壓加在有故障的設備上造成的設備損壞，更對變壓器消除剩磁具有至關重要的作用。20多年來，該廠對發(fā)變組設備一直按部就班地做好設備修后零起升壓和遞升加壓試驗。但近年來，部分相關技術人員對零起升壓和遞升加壓試驗的重要性有所忽視，特別是對發(fā)變組小修檢查后進行發(fā)變組遞升加壓試驗的必要性認識不足。對此次進行發(fā)變組小修檢查后的開機試驗時，未進行發(fā)變組遞升加壓試驗項目造成的事故隱患需要進行反思。

2013-07-29）