淺析勵磁涌流致使變壓器投運不成功的原因

李建平

摘? 要：該文介紹了某500 kV變壓器空載合閘投運過程中，發(fā)生多次斷路器充電零序保護(hù)動作跳閘致使該變壓器投運不成功的案例。在非人為操作導(dǎo)致設(shè)備故障原因的情況下，變壓器空載合閘時勵磁涌流過大，或?qū)τ谝延凶儔浩鬟\行再投另外1臺變壓器時，易在與其并聯(lián)運行的中性點接地變壓器繞組中產(chǎn)生和應(yīng)涌流，該涌流過大也會造成變壓器或斷路器零序電流保護(hù)誤動，并提出了切實可行的防范措施，希望對變電運維新設(shè)備投運工作有所幫助。

關(guān)鍵詞：變壓器;斷路器;沖擊合閘;勵磁涌流;和應(yīng)涌流

中圖分類號：TM41? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

變電站變壓器投運是變電運維操作的重點，如果在投運尤其是新安裝投運過程中，在非人為操作導(dǎo)致出現(xiàn)設(shè)備故障時，若發(fā)生不明原因造成設(shè)備斷路器異常跳閘而影響投運，這時盡快找出原因并加以防范是保障設(shè)備安全運行的首要任務(wù)。該文就某500 kV變電站新建變壓器投運過程中多次出現(xiàn)充電斷路器合閘不成功的案例進(jìn)行分析，希望有助于諸如此類大型設(shè)備變電運維工作順利開展。

1 異常情況描述

500 kV石棉變電站在進(jìn)行新建3號主變啟動投產(chǎn)過程中，按變壓器新投要求其合閘斷路器對該變壓器進(jìn)行5次沖擊合閘試驗。但前2次均未成功，經(jīng)檢查一、二次設(shè)備正常后，再次試驗，其中前4次合閘均成功，第5次合閘未成功。

2 變壓器投運情況

2.1 3號主變充電前運行方式

500 kV第一、二、五串均開環(huán)運行（5013、5023、5043、5053斷路器處于熱備用狀態(tài)，1、2號2臺變壓器運行），第三串5033斷路器（不帶充電零序保護(hù)）壓縮充電保護(hù)定值（過流Ⅰ/Ⅱ段定值）對500 kVⅡ母充電正常后保持運行，220 kV、35 kV系統(tǒng)正常運行。

2.2 啟動投運方案相關(guān)內(nèi)容

由該次擴(kuò)建5043斷路器（43DL）帶充電保護(hù)對3號主變（3#B）合閘充電5次。其充電過流Ⅰ/Ⅱ段整定值均為0.4 A，動作時限0.7 s;充電零序電流定值0.12 A，動作時限0.7? s。

2.3 變壓器充電合閘情況

當(dāng)日22時19分，石棉變電站用43DL對3#B進(jìn)行第一次沖擊合閘時，43DL充電零序保護(hù)動作跳閘。跳開后，現(xiàn)場檢查除1、2、3號變壓器公共繞組保護(hù)均有零序電流啟動可復(fù)歸外，一、二次設(shè)備未見異常。23時13分，省調(diào)下令對3#B進(jìn)行第二次沖擊合閘，43DL充電零序保護(hù)動作再次跳開，現(xiàn)場檢查一、二次設(shè)備仍未見異常。次日，在用43DL對3號變進(jìn)行的前4次沖擊合閘試驗均合閘成功，但第五次仍為43DL動作跳閘。

2.4 斷路器充電保護(hù)動作情況

第一、二、七次沖擊合閘時，43DL保護(hù)屏錄波圖中故障相分別出現(xiàn)較大變壓器沖擊合閘勵磁涌流，導(dǎo)致零序電流超過了43DL充電零序保護(hù)動作值，約760 ms后，充電保護(hù)動作出口跳開43DL。而其他沖擊合閘成功的4次，均未有動作報告及波形圖。

3 跳閘原因理論依據(jù)

3.1 勵磁涌流的產(chǎn)生

當(dāng)變壓器在空載合閘或外部故障切除后，因電壓在恢復(fù)過程中，變壓器一側(cè)電壓驟增，產(chǎn)生的暫態(tài)磁通會引起變壓器飽和，從而產(chǎn)生變壓器涌流。變壓器涌流根據(jù)其形成原因可分為勵磁涌流、和應(yīng)涌流。從3#B這幾次合閘斷路器故障相及零序電流波形特點不難看出，具備涌流偏于時間軸的一側(cè)，且含有大量的高次諧波分量使波形畸變，具有間斷角，在第一個周期達(dá)到最大值，以后慢慢衰減至穩(wěn)定狀態(tài)。勵磁涌流值達(dá)到合閘斷路器充電零序電流動作值是導(dǎo)致變壓器合閘不成功的直接原因。

3.2 和應(yīng)涌流的產(chǎn)生

當(dāng)發(fā)電廠或變電站內(nèi)母線上連接2臺及以上的變壓器時，若1臺變壓器進(jìn)行空載合閘，其變壓器繞組中將出現(xiàn)勵磁涌流，與此同時，在與其并聯(lián)運行的其它中性點接地變壓器繞組中也將出現(xiàn)浪涌電流，稱作和應(yīng)涌流。和應(yīng)涌流與勵磁涌流密切相關(guān)。相對于勵磁涌流而言，和應(yīng)涌流為負(fù)（反）向的，即當(dāng)變壓器空載合閘而鐵心為正向飽和時，并聯(lián)運行變壓器的鐵心趨向反向飽和。如圖1所示箭頭指向，3號主變空載合閘時，其勵磁涌流方向與運行的1號、2號主變勵磁電抗中的和應(yīng)涌流方向相反，即在變壓器空載合閘時產(chǎn)生的暫態(tài)過程中，勵磁涌流包含一個穩(wěn)態(tài)周期分量和一個衰減的直流分量Φ（0），由于Φ（0）的作用可能會造成變壓器鐵心飽和，磁化曲線的斜率很小，電流大大增加，形成勵磁涌流。因此這個直流分量就是導(dǎo)致零序電流（I0）產(chǎn)生的主要原因。該直流分量流經(jīng)與其并聯(lián)的中性點接地變壓器的勵磁電抗，使變壓器鐵芯趨向飽和，從而產(chǎn)生相應(yīng)的和應(yīng)涌流。

4 跳閘原因定性分析

4.1 合閘角對跳閘的影響

從前面理論依據(jù)可以看出I0的大小與變壓器空載合閘時的合閘角α有關(guān)。因此3#B在做沖擊合閘時，合閘角的不同導(dǎo)致產(chǎn)生I0的相別也就不同，I0大小也有差異（在α=0°、180°附近合閘的相別I0較大，在α=90°、270°附近合閘的相別I0較小）。正是因為I0大小的不同，使斷路器充電零序保護(hù)有時動作，有時不動作，也就是說合閘成功與否具有隨機(jī)性。這就解釋了在7次沖擊合閘中為什么有些成功，有些失敗。

4.2 和應(yīng)涌流對運行主變的影響

由于和應(yīng)涌流方向相對于勵磁涌流方向相反，如圖1虛線所示，當(dāng)系統(tǒng)中3#B空載合閘時，產(chǎn)生的I0通過大地、變壓器中性點進(jìn)入運行變壓器繞組，可能引起運行變壓器零序保護(hù)啟動誤跳閘。此外，3#B中性點流過的I0需通過系統(tǒng)整個零序網(wǎng)形成回路，不僅是本站1#B、2#B，還可能通過500 kV輸電線路流經(jīng)其他變電站內(nèi)變壓器中性點，I0流經(jīng)母線和線路，勢必有造成保護(hù)動作異常的風(fēng)險。在該次石棉變電站實際運行情況下，因2臺運行變壓器負(fù)荷電流較大的緣故，3#B投運時產(chǎn)生的I0形成和應(yīng)涌流分流，并分別與1#B、2#B負(fù)荷電流疊加，最終使其運行變壓器產(chǎn)生的I0不足以使本站1#B、2#B公共繞組零序過流保護(hù)啟動，或者即使啟動，由于逐漸衰減也不能達(dá)到動作時限，即此時和應(yīng)涌流的影響很小，忽略不計。

4.3 變壓器內(nèi)部故障的排除

3#B充電合閘時，變壓器差動保護(hù)根據(jù)高次諧波制動及波形畸變等原理自動判別到勵磁涌流并閉鎖其差動保護(hù)。根據(jù)保護(hù)波形分析，在整個充電過程中，電壓量均保持完好，未見異常，可初步判斷變壓器內(nèi)部無接地短路情況。

5 防范措施建議

在變壓器投運過程中具體的防范措施建議如下：1）在變壓器投運過程中，運維人員操作合閘斷路器無法掌握其合閘角的情況下，不改變合閘斷路器仍具備的充電過流保護(hù)，僅改變導(dǎo)致出口跳閘的充電零序電流保護(hù)定值，避免誤動即可。2）該次石棉站3號主變投運，經(jīng)省調(diào)下令執(zhí)行對43DL充電零序保護(hù)電流動作值增大至與充電過流段同值（0.4 A）后，避免了勵磁涌流過大引起的斷路器誤動。

6 結(jié)語

該文簡析了變電站變壓器投運過程中多次出現(xiàn)充電斷路器合閘不成功的原因有2個。1）合閘斷路器相關(guān)保護(hù)未躲過勵磁涌流而跳閘是造成變壓器投運不成功的主要原因。2）變電站由多臺變壓器并運行，當(dāng)其中1臺投運時，會在與其并聯(lián)運行的其他中性點接地變壓器繞組產(chǎn)生和應(yīng)涌流，視投運變壓器合閘斷路器合閘時機(jī)的不同，該涌流會造成主變或其他設(shè)備零序保護(hù)啟動或誤動的可能，并提出了相應(yīng)切實可行的措施，希望對變電運維工作有所幫助。

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