論變壓器勵磁涌流下的綜合保護裝置參數整定

沙晟田

（國網天津電力檢修公司，天津300000）

0 引言

電力施工建設中，電力系統設備的主要元器件有高壓斷路器、隔離開關、電流互感器、避雷器、接地開關、變壓器等，二次元器件主要有萬轉開關、指示燈、測控裝置、綜合保護裝置等器件，這些一次和二次元器件相互配合，實現了設備的電氣傳動和測量保護功能。高壓配電室內一般采用微機綜合保護裝置對配電設備進行保護，綜合保護裝置是一種以電流、電壓為基本配置，同時集成了各種測量和控制功能的電力自動化產品。綜合保護裝置根據一次線路中電壓互感器、電流互感器二次線圈感應出的二次電壓、二次電流進行邏輯判斷，并與事先設置的保護參數整定值進行對比，最終通過跳閘出口繼電器完成對高壓斷路器的跳閘操作，從而實現對線路中變壓器、電動機、電容器、電抗器等負載的保護。

1 變壓器勵磁涌流的產生

變壓器勵磁涌流是由于鐵芯的磁飽和產生的，勵磁涌流通常在接通電源1/4周期后開始產生，幅度最大值可能超過變壓器額定電流的幾倍甚至幾十倍，持續時間較長，從數十個電源周期直至數十秒不等。勵磁涌流的幅度與變壓器的二次負荷無關，但持續時間與二次負荷有關，二次負荷越大則涌流持續時間越短，二次負荷越小則涌流持續時間越長，因此空載的變壓器涌流持續時間最長。

變壓器的容量越大，涌流的幅度越大，持續的時間越長。當在電壓過零時刻投入變壓器時，會產生最嚴重的磁飽和現象，因此勵磁涌流最大。當在電壓為峰值時刻投入變壓器時，不會產生磁飽和現象，因此不會出現勵磁涌流。

勵磁涌流的發生，很明顯是受勵磁電壓的影響，即只要系統電壓一有變動，勵磁電壓受到影響，就會產生勵磁涌流，在不同的情況下將產生初始、電壓復原及共振等不同程度的勵磁涌流，其瞬時尖峰值及持續時間可能會高達變壓器額定值的8～30倍。

2 應用案例介紹

2017年7月30日，運維人員對某220 kV變電站的一組35 kV站用變高壓開關柜進行預防性試驗，一切條件滿足后，為站用變T1變壓器進行送電。當操作人員進行手動合閘操作后，綜合保護裝置保護動作，斷路器跳閘，再次手動合閘后斷路器又再次跳閘。運維技術人員懷疑電纜線路有故障，或者接地開關沒有斷開導致電纜線路短路，于是決定對整條電纜線路及站用變進行故障排查。但是整個檢查過程下來，沒有發現電纜線路及站用變故障或短路情況，查看接地開關在打開狀態，并沒有接地，高壓開關柜內設備表面和內部沒有弧光短路現象，也沒有明顯的放電痕跡，故障排查工作陷入困境。

分析斷路器跳閘的主要原因，主要是綜合保護裝置動作，動作事件是速度保護，動作時間是11 ms，運維技術人員開始從一次系統及二次原理分析著手。從原理圖（圖1）中看出，綜合保護裝置的保護電流采集自電流互感器TAa、TAc的二次側并經接線端子1X9、1X13進入綜合保護裝置PSL-641UB，接線端子1X10、1X14短接接地，從而實現對變壓器饋線回路整條線路的電流采集。綜合保護裝置經邏輯檢測、運算之后，若實測到的電流值大于保定參數設定值，滿足條件，則綜合保護裝置內跳位繼電器動作，跳位保持繼電器TBJ電流線圈得電并自保，直至斷路器跳閘完畢，完成斷路器的跳閘保護動作。

圖1 保護原理圖

3 原因分析

現場技術人員對變壓器及相關電纜線路進行檢查，并測量絕緣阻值，均未能發現問題，但是綜合保護裝置卻保護動作，綜合保護裝置保護動作報文如表1所示。

表1 綜合保護裝置保護動作報文

從現場排查中確認沒有其他異常情況，排除設備自身的問題，從綜合保護裝置事件中可以明顯地看到，在變壓器送電的一段極短的時間內出現了保護動作。

新投變壓器跳閘原因：變壓器投入時，變壓器需要建立耦合磁場，由于勵磁涌流的發生，其瞬時尖峰值可能會高達變壓器額定電流的10～20倍，由于綜合保護裝置的保護參數設置不合理，如瞬時保護時間為0 s，小變比電流互感器二次額定電流就會很大，直接導致綜合保護裝置瞬時跳閘。

第二次事件中變壓器跳閘原因：當系統投入大功率變壓器時，由于勵磁涌流的發生，線路系統電壓突降，只要系統電壓一有變動，就會產生新的不同程度的勵磁涌流，其瞬時尖峰值及持續時間可能會高達變壓器額定值的8～30倍。由于綜合保護裝置的保護參數設置不合理，如瞬時保護時間為0 s，小變比電流互感器二次額定電流就會很大，直接導致綜合保護裝置瞬時跳閘。

根據上述原因分析，由于變壓器勵磁涌流的特性，綜合保護裝置參數設置不當，導致變壓器投運頻頻失敗。

這兩次事件充分體現了綜合保護裝置參數設置正確合理的重要性。如綜合保護裝置參數設置不合理，不但影響設備本身的送電情況，還會引起該系統的電壓波動，導致該系統的帶電設備掉閘，引發更大范圍的停電，給企業的運行帶來較大的損失。

4 解決方案

綜合上述事件的分析，我們重新調整了綜合保護裝置的定值參數。根據現場投運使用要求，保護投入的有：速斷保護、Ⅰ段電流保護、Ⅱ段電流保護、零序電流保護；變壓器容量為3 150 kVA；根據公式UI計算出高壓側電流值為52 A，現場電流互感器變比為300/1，對綜合保護裝置參數重新設置如下：

（1）速斷保護電流設置為6～8倍的額定電流，則二次電流應為1.39 A，動作時間為100 ms；

（2）Ⅰ段保護電流設置為2.5倍的額定電流，則二次電流應為0.43 A，動作時間為1.0 s；

（3）Ⅱ段保護電流設置為1.1倍的額定電流，則二次電流應為0.2 A，動作時間為2.0 s。

5 結語

設置綜合保護裝置的速斷保護參數時，一定要注意變壓器勵磁涌流特性對電力系統電壓的影響。保護參數設置要合理，速斷保護的動作時間一定要避開勵磁涌流，既能讓綜合保護裝置正確判斷變壓器的勵磁涌流以免導致綜合保護裝置誤判斷引起斷路器跳閘，又能在送電時對變壓器自身故障進行及時保護能夠讓斷路器及時跳閘。結合實際的工程應用，變壓器的勵磁涌流一般按照額定電流的10倍計算，然后根據一次電流互感器的變比，測算出綜合保護裝置的二次電流值，時間上才可以設置為0 s，否則就會因為勵磁涌流的沖擊導致綜合保護動作。

[1]鄒立鑫.簡述變壓器的勵磁涌流對電網穩定運行的影響[J].民營科技，2017（10）：57.

[2]湯軍.涌流抑制技術應用[J].農村電氣化，2017（8）：26-27.