淺析變壓器空載合閘對電流保護的影響

陳育波

（廣東省水利水電第三工程局有限公司 廣東東莞 523710）

淺析變壓器空載合閘對電流保護的影響

陳育波

（廣東省水利水電第三工程局有限公司 廣東東莞 523710）

電流保護對變壓器安全運行必不可少，但是在變壓器空載合閘時，由于磁路飽和引起勵磁電流激增，超過電流保護整定值，從而導致電流保護裝置誤動作而引起跳閘，這一現象影響了變壓器的正常運行。所以在變壓器空載合閘時應采取一定措施，從而避免變壓器運行受到電流保護誤動作跳閘的影響。

變壓器；勵磁電流；空載合閘；電流保護

眾所周知，電流保護是保證變壓器安全運行的一個重要保護，而其中過電流保護是按照變壓器正常運行通過最大負荷時保護不誤動作，而當其故障時保護動作來整定的。當變壓器正常運行時，其勵磁電流（空載電流）很小，一般只有3～8%ie，大型變壓器甚至不到1%。但是在變壓器空載合閘時，由于出現磁路飽和現象，勵磁電流就會迅速增長，甚至達到幾倍的額定電流，這就容易引起過電流保護裝置誤動作而跳閘。下面我們對變壓器空載合閘時電流變化的暫、穩態過程進行分析：

設變壓器一次側外加電源u1為正弦規律變化，則當變壓器空載合閘時，由變壓器等效電路可知其一次側電壓為：

式中U1——一次外加電源有效值；

N1——一次繞組匝數；

α——u1合閘瞬間的初相角；

im——勵磁電流（空載電流）；

R1——一次繞組電阻。

由于 R1＜＜ωLav，則對（2）式求積分可得：

由（4）式可知，變壓器空載合閘時，磁通由兩個分量組成：穩態分量和暫態分量，其中穩態分量按正弦規律變化，暫態分量則隨時間作指數衰減。當變壓器空載合閘時的初相角α=90°時，1=msinωt（5），從（5）式可以看出，在這種條件下，磁通沒有隨時間按指數衰減的暫態分量，直接進入了穩態，這樣就避免了電流瞬時沖擊。而若當變壓器空載合閘時的初相角 α=0時，則由（6）式可知1由穩態分量和暫態分量組成，這種情況是最不利的，當時，如果計入剩磁的影響，磁通可以達到2m，甚至是穩態時磁通（m）的2.2～2.3倍（如圖1所示），這時磁路就會非常飽和，那么勵磁電流也會很大，幾乎可以達到幾百倍正常勵磁電流（約6～8倍額定電流）。雖然暫態分量是隨時間衰減的，但其衰減時間由衰減常數R1/Lav決定，一般小變壓器約在幾個周期后即可達到穩態，而大型變壓器則會延續更長時間。對于變壓器空載合閘時的初相角我們無法確定，那么就難以避免空載合閘時電流對變壓器的沖擊。所以當變壓器空載投入時電流超過整定值或電流暫態分量衰減時間過長而超過電流保護動作時限時，就會引起過電流保護裝置的誤動作。

圖1

變壓器空載合閘沖擊電流盡管可以達到幾倍額定電流，但其是暫態的，對變壓器本身危害不大，為了解決變壓器空載合閘沖擊電流在衰減過程中所引起的跳閘問題，我們可以從以下兩個方面采取措施：①從電流保護本身出發，變壓器空載投入時出現過電流保護誤動作，是由于其空載投入時所產生的勵磁電流超過了保護整定值，所以我們可以在變壓器投入時，調整電流整定值，等到變壓器空載電流進入穩態后再將其調整回原整定值。另外考慮到其勵磁電流是由穩態分量和暫態分量組成，而其暫態分量是快速衰減的，一般衰減時間為0.5～1s（變壓器過流保護動作時限一般為0.3s），所以我們也可以延長其動作時限來避免保護動作，但上述調整必須均在繼電保護整定規定范圍之內。②從電流本身出發，我們可以采取限流的方式，減小空載投入時所產生的勵磁電流，比如在變壓器一次側串聯一個適當阻值的電阻或在二次側并聯一個適當阻值的電阻（此電阻阻值可以利用變壓器的等效電路求的其近似值），用以增大衰減常數，縮短衰減時間，加快沖擊電流的衰減速度，從而使得變壓器可以躲過過電流保護裝置的動作時間，等到沖擊電流衰減到額定電流以內時，再切除所串或并聯的電阻。

結束語：

綜上所述，變壓器在空載合閘時，由于磁路飽和會引起勵磁電流激增，那么當其超過電流保護整定值時，就會導致電流保護裝置誤動作而引起跳閘現象，所以我們在變壓器空載合閘時，應采取適當的措施避免電流保護誤動作給變壓器正常運行所帶來的影響。

TM401.1

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1004-7344（2016）08-0071-01

2016-3-1