變壓器剩磁引起主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

張俁妤

北京市電力公司檢修分公司 北京 100069

1 變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生

當(dāng)變壓器未連接到主電源或故障已恢復(fù)到正常電壓時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)稱為勵(lì)磁起動(dòng)電流的高瞬態(tài)電流。磁化的起始電流是由電力系統(tǒng)的電壓的突然變化引起的，并且最終由磁芯材料的磁飽和（磁滯特性）引起的剩余磁化引起。如果在插入變壓器之前進(jìn)入變壓器之前的殘余電壓的方向與由系統(tǒng)電壓產(chǎn)生的磁通的方向一致，則總磁通量將顯著超過變壓器芯的飽和磁通量，這導(dǎo)致大的起動(dòng)磁化電流。

1.1 變壓器剩磁的產(chǎn)生

殘余磁性是磁化過程中芯材料的滯后損失。在磁場材料在交變磁場作用下逐漸磁化的過程中，磁疇將連續(xù)旋轉(zhuǎn)，摩擦能量將被消耗，并且會(huì)發(fā)生損耗。變壓器的剩余位置有幾個(gè)原因：第一，變壓器是三相對(duì)稱的，斷路器在電流過零（相電流為零）時(shí)關(guān)閉，引起異步開路和剩余電流；第二，在變壓器投入運(yùn)行之前，必須進(jìn)行一系列直流測試（繞組的直流電阻，絕緣電阻，漏電流，介電損耗測試等）。單向恒定電壓導(dǎo)致變壓器繞組中的剩余磁化。

1.2 變壓器剩磁的危害

如圖1所示，在正常操作期間，變壓器在點(diǎn)A處操作，并且變壓器芯的流量接近飽和。當(dāng)空載電路閉合時(shí)，變壓器在B點(diǎn)工作。此時(shí)，變壓器鐵心的流量非常飽和，勵(lì)磁電流是額定電流的3倍，當(dāng)變壓器恢復(fù)時(shí)，它可以在C點(diǎn)工作，此時(shí)勵(lì)磁電流將超過允許值，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，由于系統(tǒng)電壓是三相對(duì)稱的，當(dāng)變壓器空轉(zhuǎn)時(shí)，一相應(yīng)該在最不利的狀態(tài)下工作。如果變壓器有剩磁，則勵(lì)磁電流會(huì)更大，達(dá)到額定電流的6-8倍，直接導(dǎo)致變壓器的保護(hù)出現(xiàn)故障。

圖1 鐵芯磁化曲線

2 保護(hù)動(dòng)作分析及檢查

第一，動(dòng)作值分析：查看保護(hù)裝置動(dòng)作信息運(yùn)行時(shí)，A組發(fā)電機(jī)保護(hù)柜顯示C相差動(dòng)電流，等于0.1836A，制動(dòng)電流0.0625A，發(fā)電機(jī)組B保護(hù)柜顯示C相差動(dòng)電流，等于0.1914A，制動(dòng)電流：0.0664A。主變壓器的差動(dòng)保護(hù)設(shè)定為：差動(dòng)啟動(dòng)電流為0.17，K1=0.2，K2=0.5，K3=0.7，二次諧波的制動(dòng)系數(shù)為 0.15。經(jīng)過計(jì)算和驗(yàn)證，實(shí)際工作電流大于理論設(shè)計(jì)工作電流0.1825A，變壓器中的二次諧波含量不達(dá)0.15，保護(hù)正確。

第二，現(xiàn)場驗(yàn)證和保護(hù)行動(dòng)分析：在保護(hù)動(dòng)作之后，使用紅外成像儀測量主變壓器的溫度。沒有檢測到溫度升高。同時(shí)，當(dāng)主變壓器通過一相接地或相間短路時(shí)，故障相電流變大，相應(yīng)的相電壓變大。它會(huì)減小，但在此保護(hù)動(dòng)作期間，只有電流會(huì)發(fā)生變化，發(fā)電機(jī)電壓才會(huì)正常，這可以消除對(duì)地的單相短路或主變壓器相之間的短路。在啟動(dòng)設(shè)備之前，主變壓器外殼中的泄漏被消除，之后所有的預(yù)防性測試（包括直流電阻測試）和絕緣都在變壓器上進(jìn)行，所有測試都是合格的。檢查主要油品分析報(bào)告。在2017年2月的油相色譜測試報(bào)告中，乙炔含量為0.4ppm，低于5ppm的注意水平。如果主變壓器放電，輕質(zhì)和重質(zhì)氣體將起作用變壓器。但是，在保護(hù)動(dòng)作之后，主變壓器的輕重氣體沒有異常，可以消除主變壓器內(nèi)部放電的故障。根據(jù)差動(dòng)保護(hù)的基本原理，用于主變壓器差動(dòng)保護(hù)的電流取自發(fā)電機(jī)的CT側(cè)，CT取自主變壓器的高壓側(cè)，CT取自高壓側(cè)的高壓側(cè)。當(dāng)發(fā)生保護(hù)動(dòng)作時(shí)，CT電流僅出現(xiàn)在發(fā)電機(jī)側(cè)，主變壓器高壓側(cè)的CT開關(guān)與高壓CT側(cè)之間沒有電流，可以確定保護(hù)裝置和故障記錄儀中顯示的電流是否反映主要電氣設(shè)備的狀態(tài)。發(fā)電機(jī)定子的電流，三相電流A，B，C包含大量非周期分量，并且電流從時(shí)間軸的一側(cè)偏移，電流值包含大量高次諧波分量，并且電流波形具有斷開角。根據(jù)變壓器勵(lì)磁起動(dòng)電流的特性，由于磁場起動(dòng)電流值大，時(shí)間長，主變壓器差動(dòng)保護(hù)的二次諧波阻斷不成功，差動(dòng)保護(hù)輸出，因此確定該保護(hù)動(dòng)作應(yīng)由變壓器起動(dòng)電流引起。

第三，變壓器磁化起始電流與變壓器剩磁之比。變壓器繞組中的勵(lì)磁電流和磁通量之間的比率由磁化特性確定：變壓器磁芯越飽和，產(chǎn)生一定磁通量所需的勵(lì)磁電流越大。由于最不利的閉合時(shí)刻，鐵芯的飽和度將非常嚴(yán)重。勵(lì)磁電流的值也將顯著增加，這可能是變壓器空載電流的大約100倍。在不考慮繞組電阻的情況下，峰值電流在關(guān)閉后半周出現(xiàn)。但是，由于繞組是電阻性的，因此該電流會(huì)隨著時(shí)間而減小。對(duì)于具有較小電容的變壓器，衰減很快，并且可以穩(wěn)定大約幾個(gè)周期。在變壓器較大的情況下，起動(dòng)磁化電流緩慢衰減，衰減時(shí)間可以是幾十秒。由于三個(gè)變壓器相隔120°，變壓器的剩余磁化強(qiáng)度足以影響變壓器的正常工作。當(dāng)變壓器在沒有負(fù)載的情況下閉合時(shí)，不能監(jiān)測主變壓器的三相電壓的幅度，并且閉合時(shí)的電壓為零。啟動(dòng)電流磁化是最大的。對(duì)于三相變壓器，過流保護(hù)或變壓器差動(dòng)保護(hù)可能會(huì)發(fā)生動(dòng)作。在啟動(dòng)設(shè)備之前，對(duì)變壓器進(jìn)行了預(yù)防性測試。直流電阻的測試導(dǎo)致變壓器繞組中的剩磁。當(dāng)測試對(duì)直流電阻的電阻時(shí)，選擇高壓側(cè)為10A的電流，測試為10分鐘，選擇低壓側(cè)為40A的電流，測試為25分鐘。由于電流選擇很大，測試時(shí)間相對(duì)較大，這導(dǎo)致變壓器繞組中的大的殘余電感。當(dāng)變壓器充電時(shí)，主變壓器的鐵芯飽和，產(chǎn)生大的起動(dòng)磁化電流，從而保護(hù)發(fā)電機(jī)組。

3 結(jié)束語

通過分析變壓器的差動(dòng)保護(hù)效應(yīng)，可以了解變壓器剩磁對(duì)變壓器保護(hù)的影響，提出有效消除和減少變壓器剩磁的措施，提高設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠性。