變壓器剩磁引起主變差動保護動作分析

張永龍 安福旺

摘 要：變壓器大量剩磁導致變壓器差動保護動作，通過差動保護動作波形圖，分析變壓器剩磁對變壓器勵磁涌流的影響，正確判斷變壓器差動保護動作原因，提出防止變壓器剩磁有效防范措施，提高保護設備的安全穩定運行水平。

關鍵詞：變壓器；剩磁；勵磁涌流；差動保護

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.185

1 引言

變壓器是電力系統中重要電氣設備之一，它主要用于將低電壓轉變成高電壓或將高電壓轉變成為低電壓，它是根據電磁感應原理制造而成的一種靜止電器。變壓器勵磁涌流是由于變壓器充電時，鐵芯磁飽和而產生的，最大可達到變壓器額定電流的6～8倍。目前，為了防止勵磁涌流造成變壓器保護誤動作，主要采用變壓器保護中二次諧波制動和判別勵磁涌流間斷角的方法來實現。大型變壓器在預防性試驗后，由于試驗設備操作不當或操作流程不規范，造成變壓器鐵芯內存在大量剩磁，大量的變壓器剩磁將會使勵磁涌流變大，造成變壓器保護誤動作的幾率就變大。本文通過對一起變壓器差動保護動作事件的分析，說明變壓器剩磁對變壓器保護動作的影響，同時給出消除和減少變壓器剩磁的方法。

2 系統簡況

某廠220kV升壓站系統采用雙母線接線方式，發電機采用單元機組接線，發變組保護采用雙套保護裝置配置，均采用四方CSC-300G保護裝置。發變組保護動作前系統運行圖如圖1所示。

3 故障情況

2017年3月21日，某發電機組啟動準備并網，08時46分35秒，發電機轉速保持3000r/min，啟動發電機勵磁系統，啟動后發變組保護A、B柜保護裝置均動作，勵磁系統滅磁開關跳閘，主汽門關閉。

4 保護動作分析及檢查

（1）動作值分析。查看保護裝置動作信息，動作時，發變組保護A柜顯示C相差動電流為0.1836A，制動電流為0.0625A；發變組保護B柜顯示C相差動電流為0.1914A，制動電流為0.0664A。主變差動保護定值為：差動啟動電流為0.17，K1=0.2，K2=0.5，K3=0.7，二次諧波制動比為0.15。經過計算核查，實際動作電流均大于理論計算所得動作電流0.1825A，而變壓器二次諧波含量未達到0.15，所以保護正確動作。

（2）現場檢查及保護動作行為分析。保護動作后用紅外成像儀對主變進行了測溫檢查，未發現溫度升高的區域，同時，主變在發生單相接地或相間短路時，故障相的電流會變大而對應相的電壓會降低，但此次保護動作時僅有電流變化而發電機電壓均正常，可排除主變單相接地或相間短路故障。本次機組啟動前對主變套管漏油進行了處理，處理后對變壓器進行全部預防性試驗（包括直流電阻測試）和絕緣測試，試驗均合格。檢查主變油分析報告，于2017年2月油色譜試驗報告中發現乙炔含量為0.4ppm，低于注意值5ppm，如主變內部有放電現象，主變的輕、重瓦斯均會有所表現，而此次保護動作后檢查主變的輕、重瓦斯均未出現異常，可排除主變內部放電故障。根據主變差動保護原理，主變差動保護所用電流取自發電機機端CT、主變高壓側開關CT和高廠變高壓側CT，保護動作時僅發電機機端CT出現電流，而主變高壓側開關CT和高廠變高壓側CT均無電流，可以判定保護裝置和故障錄波器內顯示的電流真實地反應了電氣一次設備的狀態。發電機定子電流A、B、C三相電流都包含大量的非周期分量，并且電流均偏于時間軸一側，電流量包含大量的高次諧波分量，電流波形出現間斷角，這些特點均符合變壓器勵磁涌流特點，由于磁涌流數值大、時間長，造成主變差動保護二次諧波閉鎖不成功，差動保護出口，所以判定本次保護動作應為變壓器勵磁涌流所致。

（3）變壓器勵磁涌流與變壓器剩磁關系。變壓器繞組中的勵磁電流和磁通的關系由磁化特性所決定，變壓器鐵芯越飽和，產生一定的磁通所需的勵磁電流就越大。由于在最不利的合閘瞬間，鐵芯的飽和情況將非常嚴重勵磁電流的數值也隨之大大增加，可以比變壓器的空載電流大100倍左右，在不考慮繞組電阻的情況下，電流的峰值出現在合閘后半周的瞬間。但是，由于繞組具有電阻性，這個電流會隨時間衰減。對于容量較小的變壓器衰減得快，約幾個周波即可以達到穩定，而較大型的變壓器而言，勵磁涌流衰減得較慢，衰減持續時間可達幾十秒。變壓器繞組中出現剩磁時，合閘后所產生的磁通和剩磁極性相同時，則變壓器繞組中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，如果合閘后所產生的磁通和剩磁極性相反，則變壓器內部的總磁通就會隨著電壓的升高而減小，從而削弱了勵磁涌流。由于變壓器三相互差120°，變壓器的鐵芯剩磁達足到影響變壓器正常工作時，變壓器空載合閘瞬間，主變三相電壓的幅值無法控制，合閘瞬間電壓為零的一相勵磁涌流最大。對于三相變壓器就可能出現過電流保護動作或變壓器差動保護動作。在本次機組啟動前，對變壓器進行了預防性試驗，其中直流電阻測試使變壓器繞組中產生剩磁，在直流電阻測試中，高壓側選取10A電流，10min測試，低壓側選取40A電流，25min測試，由于選取電流較大，測試時間比較長，造成了變壓器繞組中出現大量剩磁，變壓器充電時，主變鐵芯飽和從而產生較大的勵磁涌流，引起發變組保護動作。

5 防范措施

（1）減小直流電阻試驗電流值及試驗時間。在變壓器試驗時應盡量降低施加電流值，可使用助磁法進行直流電阻測量，把高、低壓繞組串聯起來，選用較小的電流就使鐵芯飽和，縮短測試時間，達到快速測試的目的，從而減小鐵芯中的剩磁。

（2）將勵磁系統改為手動調節方式，緩慢升高發電機機端電壓，以達到檢查發變組系統和主變壓器去磁的目的，觀察發變組運行參數正常，主變差動電流正常后，將勵磁系統投入自動方式進行勵磁系統自動升壓，防止變壓器出現較大的勵磁涌流。

6 結束語

通過分析本起變壓器差動保護動作案例，了解了變壓器剩磁對變壓器保護的影響，從而提出有效地消除和減少變壓器剩磁措施，提高設備安全穩定運行的可靠性。

參考文獻：

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