大型變壓器和應涌流引起功率變送器波動的分析及對策

華能南京燃機發電有限公司 花煒

大型變壓器和應涌流引起功率變送器波動的分析及對策

華能南京燃機發電有限公司 花煒

大型變壓器在帶較大負荷分閘或者直流電阻試驗后具有剩磁，造成空載合閘時產生勵磁涌流，使相鄰運行變壓器產生和應涌流，會引起運行變壓器或發電機儀表保護的波動，影響機組的正常運行。本文結合和應涌流的特點，分析其波動原因，并提出方法。

剩磁；勵磁涌流；和應涌流；功率變送器波動；消磁

0 引言

發電廠中發電機與變壓器通過單元接線接入系統，當一臺變壓器帶較大負荷斷電，或直流電阻試驗后都具有較大的剩磁；變壓器空載斷電后沒有剩磁。反充空投時，空投變壓器出現勵磁涌流，會導致另一臺運行變壓器產生和應涌流。

變壓器在電流產生的磁場強度H的激勵下，鐵磁材料（如鐵心）被磁化并以感應強度B描述磁化程度。磁化后的鐵心，若去除電流激勵，使H=0，鐵磁材料中的磁感應強度雖減小，但并不為零，即B≠0。電力變壓器在運行過程中，其內部會產生穩態磁通。當變壓器斷電切除時，由于回路磁通守恒，穩態磁通不會立即消失，而會保留一個與最末時刻穩態磁通大小相等、極性相同的剩磁。另一方面，由于鐵磁材料固有的磁滯現象，在對電力變壓器進行電壓比、直流電阻測量等操作后，同樣會在鐵芯中殘留剩磁。一般來說直流磁化的安匝越大，剩磁越嚴重。

1 概述

由于我國大型電廠合閘送電一般采用反送電模式，所以在電網電壓加到電廠的大型升壓變壓器時，剩磁會對升壓變壓器及周邊運行的高壓設備產生危害。

1.1電力變壓器在空載合閘投入電網時，變壓器上的電壓在變壓器內部也產生一個磁通，當變壓器有剩磁時，合閘后所產生的磁通如果和剩磁極性相同，則變壓器內部的總磁通就會隨著電壓的升高而增加，從而勵磁涌流也會隨之增加，會產生數值相當大的勵磁涌流，嚴重情況下其峰值可達額定電流的10到20倍從而導致變壓器保護的誤動作。

1.2大型變壓器時間常數都很長，一般涌流過程超過5s。

1.3由于剩磁的影響，使合閘時的零序電流急劇增大，并通過臨近的高壓變壓器中性點形成回路，從而容易導致臨近的高壓變壓器保護啟動動作，甚至跳閘，造成嚴重的解體事故。

1.4發電廠中發電機與變壓器通過單元接線接入系統，當一臺主變反充空投時，引起另一組發變組中的主變產生和應涌流（圖1），發電機組G2處于正常運行狀態，通過斷路器K3以及線路向負荷供電，發電機組G1處于檢修停運狀態，斷路器K1、K2均斷開，當空投變壓器T1( 閉合斷路器K1)時可能會造成運行變壓器T2產生和應涌流。

圖1

圖2

2 和應涌流的具體事例分析

2.1 事前運行方式

圖3

圖4

圖5

某電廠裝機容量為2×1030MW，采用單元制接線方式。#2機負荷為950 MW，線路電壓514kV，#1機檢修，#1主變5001開關熱備用，5603線路充電運行。

2.2 事例簡述

2014年12月5日22:31分，#1主變沖擊合閘過程中，由于和應涌流，造成#2主變電流增大（直流分量和諧波分量增大），#2機有功功率變送器輸出畸變，轉子電壓，磁場電壓、電流均短時波動，高調門快速開啟后恢復，機組煤量及給水流量均無變化。

2.3 事件經過及原因分析

2.3.1 #1主變事件報文

12月5日22:31分，運行人員執行#1主變由熱備轉運行操作，合上#1主變5001開關時，#1主變第一套、第二套差動保護均啟動發信，檢查#1主變三相差流分別為：

第一套保護：A相：1.03Ie B相：1.19I e C相：1.57I e（I e為變壓器額定電流）

第二套保護：A相：1.03Ie B相：1.19I e C相：1.58I e (I e為變壓器額定電流）。

從波形可以看出，差流偏在時間軸的一側，呈尖頂波，經6個周期后差流逐漸衰減為零。

2.3.2 #2主變事件報文

#1主變5001開關合閘過程中，運行人員發現#2發電機負荷由980MW突變至720MW，兩秒后恢復至980MW，轉子電壓、磁場電壓、電流均短時波動，高調門快速開啟后恢復，機組煤量及給水流量均無變化。

從圖2可以看出，21:31:45，#2發電機功率變送器輸出發生畸變，三只功率變送器的輸出均發生振蕩（最高至經1103MW,最低至720MW ），經2.28S后，三只功率變送器的輸出恢復至正常，#2發電機功率恢復至畸變前的數值，期間高調門快速開啟后恢復，機組煤量及給水流量均無變化，發電機實際功率輸出正常。

檢查#2發變組保護無故障報警信號，#2發電機故障錄波器中主變高壓側電壓、電流、發電機電壓、電流波形如圖4所示，#1主變5001開關合閘前后，#2發電機出線電流一次有效值由22084A增大至22409A，經2.25S電流恢復至異常前數值。

#1主變5001開關合閘前后，#2主變高壓側電流有效值由1089A增高至1110A，經2.25S電流恢復至異常前數值（圖4）。#2主變高壓側電壓，與故障前相比基本無變化（圖5）。

2.4 分析

從#1主變5001開關合閘前后，#1主變差流以及#2發電機有功功率、發電機電流、#1主變電流電壓變化情況分析，#1主變全電壓沖擊合閘瞬間（假設合閘瞬間的電壓初相角為零度），則鐵芯中應具有磁通-Φm，由于鐵芯的磁通不能突變,這時出現一個非周期分量的磁通φz , 其幅值為+Φm, 經過半個周期后，變壓器鐵芯中磁通將達2Φm。此時鐵芯可能飽和, 勵磁電流將劇烈增加, 其值最大可達額定電流的5-10倍。這個勵磁電流稱為勵磁涌流。勵磁涌流呈尖頂波，不是正弦波。而且偏在時間軸的一側。由于原繞組存在,勵磁涌流會衰減，衰減快慢由原繞組的時間常數T= L1 / R1 ( L1 為一次繞組的自感,R1為一次繞組的電阻)決定。小容量變壓器的勵磁涌流衰減快，僅幾個周波即可穩定。大容量變壓器衰減慢, 一般要經過0.6～0.8S或更長時間才能穩定。

該電廠#1、#2主變并聯運行，中性點均直接接地。#1主變進行空載合閘時, 由于#1 主變勵磁涌流含有直流分量和非周期分量,流經并聯運行的#2主變的勵磁繞組, 使#2發變組的電流發生變化（含有非周期和直流分量），發電機功率變送器電流量由測量CT提供，測量CT抗干擾能力差，其輸出在非周期分量作用過程中發生了畸變，導致功率變送器輸出畸變，在勵磁涌流消失后，三只功率變送器輸出恢復正常。故障錄波器采集的發電機電流、主變電流均采用具有抗暫態干擾的TPY型電流互感器，輸出性能基本穩定，在和應涌流作用下，輸出電流有效值短暫上升后逐漸恢復正常。

圖6

圖7

3 解決方案

經過分析，#2主變產生和應涌流導致功率變送器波動的主要原因是#1主變在做直流電阻測量后未消磁，在反充合閘時產生勵磁涌流所致。因此檢修后采用某廠生產的YD-6105E變壓器智能消磁分析儀對檢修變壓器進行消磁。

3.1 試驗過程

3.1.1 技術人員首先用該設備對變壓器進行剩磁分析，大約3分鐘結束，從儀器顯示數據可以看出變壓器具有剩磁（圖6）。

3.1.2 對該變壓器進行消磁：用該儀器的智能消磁檔對變壓器進行消磁，大約2.5分鐘后消磁結束，比傳統消磁法快90%。

3.1.3 重新對該變壓器進行剩磁分析（圖7）。

由圖7可以看出該變壓器已經完成了消磁。該變壓器在反充合閘時，沒有因為和應涌流對相鄰運行變壓器的保護和測量裝置造成波動。

對比消磁前后的剩磁分析結果可以看出，在200V時的空載電流值，消磁前比消磁后的值大47%，直觀的看出空載電流明顯減小了。

一相變壓器消磁時間大約15分鐘，三相變壓器消磁工作一共1小時基本完成。

4 結語

該廠500kV單相變壓器檢修結束由于采用變壓器智能消磁分析儀進行消磁，合閘后勵磁涌流較小，故障錄波器沒有啟動錄波。

綜上所述，可以采用變壓器智能消磁分析儀對檢修后的大型變壓器進行消磁，以降低變壓器勵磁涌流幅值，消除和應涌流對運行變壓器保護和測量裝置的影響。