淺談空投1 000 kV變壓器時抑制勵磁涌流和防止保護誤動的措施

摘? 要：闡述了影響變壓器勵磁涌流大小的因素，結合實例，通過對新投運1 000 kV變壓器五次沖擊合閘時勵磁涌流最大值及衰減時間數據進行分析，提出減小勵磁涌流和防止變壓器保護誤動的措施和方法。

關鍵詞：變壓器;勵磁涌流;沖擊合閘;消磁;整定計算

0? ? 引言

趙石畔電廠主接線按2機2變1線不完全單母線接線方式，采用2臺1 000 kV斷路器，以1 000 kV一級電壓接入華北電網。發電機-變壓器組單元接線接入廠內1 000 V配電裝置，發電機出口裝設斷路器。配置發電機出口斷路器后簡化電廠的運行操作，提高電力系統安全性和穩定性。然而，在發電機與變壓器中間設置發電機出口斷路器后，運行中將存在主變壓器沖擊合閘的運行方式。本文以1號機組主變壓器為例，對空投1 000 kV變壓器時減小勵磁涌流并防止保護誤動的措施進行闡述。

1? ? 勵磁涌流影響因素和空投1 000 kV變壓器勵磁涌流數據分析

1.1? ? 設備參數

1號主變壓器型號為DFP-400000/1100（單相），額定容量為400 MVA（單相），額定電壓為1 100/3-41.25%/27 kV，主變高壓側額定電流為663 A，接線組別為YNd11，冷卻方式為ODAF，生產廠家為西安西電變壓器有限責任公司。

1.2? ? 影響勵磁涌流大小的因素

空投變壓器時鐵芯中磁通的大小與Φm、合閘角及剩磁有關，而勵磁涌流的大小與鐵芯中磁通的大小有關，磁通越大，鐵芯越飽和，勵磁涌流就越大。因此，影響勵磁涌流大小的因素主要有：

（1）電源電壓。電源電壓U越高，勵磁涌流越大。

（2）合閘角。當合閘角a=0°時，勵磁涌流最大;而當a=90°，勵磁涌流最小。

（3）鐵芯剩磁。在交流電中，電流方向不斷變化，在電流產生的磁場強度的激勵下，鐵磁材料被磁化，鐵芯材料具有剩磁特性。合閘之前，變壓器鐵芯內中的剩磁越大，勵磁涌流就越大。

此外，勵磁涌流的大小也與變壓器內部結構、鐵芯材料及設計的工作磁密有關。變壓器的容量越小，空投時勵磁涌流與其額定電流之比就越大。

分析及測量表明：空投變壓器時，變壓器與電源之間的阻抗越大，勵磁涌流越小。

1.3? ? 投、切空載變壓器規范要求

按照《電氣裝置安裝工程 電氣設備交接試驗標準》（GB 50150—2016）要求：額定電壓下的變壓器沖擊合閘試驗，應符合下列規定：

（1）在額定電壓下對變壓器的沖擊合閘試驗，應進行5次，每次間隔時間宜為5 min，應無異常現象，其中750 kV變壓器在額定電壓下，第一次沖擊合閘后的帶電運行時間不應少于30 min，其后每次合閘后帶電運行時間可逐次縮短，但不應少于5 min。

（2）沖擊合閘宜在變壓器高壓側進行，對中性點接地的電力系統試驗時變壓器中性點應接地。

通常，額定電壓空載投入變壓器時會產生勵磁涌流，其值可達6～8倍額定電流。勵磁涌流開始衰減較快，一般經0.5～1 s即可減至0.25～0.5倍額定電流，但全部衰減完畢時間較長，中小變壓器幾秒，大型變壓器可達10～20 s，故勵磁涌流衰減初期，往往使差動保護誤動，造成變壓器不能投入。

1.4? ? 空投五次1 000 kV變壓器相關數據分析

2008年10月23日，完成趙石畔電廠1 000 kV變電站投、切空載1號主變壓器試驗，對五次沖擊合閘試驗勵磁涌流數據進行測試，記錄如表1所示。在三相投、切空載1號主變壓器過程中，主變壓器高壓側相對地實測操作過電壓最大為1.5 p.u.，低于設計允許的1.6 p.u.，勵磁涌流最大值為2 069 A。

根據高壓側合閘時勵磁涌流承受能力校核數據分析，主變高壓側合閘時勵磁涌流小于高壓側短路電流峰值，勵磁涌流電流僅為短路電流值的22.1%。勵磁涌流對變壓器并無太大危害，僅在變壓器一側有電流，沖擊電流存在的時間為3～4 s。當然，對變壓器多次連續合閘充電也是不好的，沖擊過程中伴隨的機械力會造成變壓器內部固定、支撐件松動和變形。此外，勵磁涌流也可能引起變壓器的差動和過流保護動作，故進行變壓器操作時應注意勵磁涌流對變壓器差動和過流保護的影響。

2? ? 空投1 000 kV變壓器時降低勵磁涌流和防止保護誤動的措施

（1）1號主變是新安裝的變壓器，由于鐵磁材料固有的磁滯現象，在對電力變壓器進行直流電阻測量等交接試驗后會在鐵芯中殘留剩磁。由于剩磁的存在，當變壓器投入運行時，不僅可能增加變壓器的損耗，而且可能引起繼電保護器誤動，影響系統安全穩定運行。所以在變壓器投入運行前對其進行消磁試驗，對1號主變A、B、C三相分別按照5 A、1 A、200 mA、5 mA的順序進行消磁，確保變壓器安全正常運行。

（2）變壓器差動保護中的差動速斷整定值只反映差流的有效值，不受差流中的諧波及波形畸變的影響。根據五次空投主變壓器時勵磁涌流瞬時最大值數據分析，大容量主變壓器（1 200 MVA及以上）差動速斷保護定值采用3～5倍額定電流比較合適。在整定變壓器差動速斷保護時，應根據變壓器容量、結構、在系統中的位置及系統特點，合理、靈活選擇定值。過分追求保護動作的靈敏性及動作的快速性，也是一種誤區。不同容量變壓器勵磁涌流倍數差別比較大，可以根據現場的實際情況適當調整。

（3）主變相間后備保護過流Ⅲ段為純過流保護，不經復壓閉鎖。過流Ⅲ段經發電機出口斷路器位置閉鎖，考慮電廠有主變帶廠用高壓變壓器送電的運行方式，增設“倒送電”后備保護功能。#1主變壓器首次沖擊過程中，由于大容量變壓器勵磁涌流的存在，衰減時間比較長，主變壓器跳閘。因此，在沖擊合閘試驗過程中，觀察勵磁涌流衰減時間，綜合考慮是否增加過流Ⅲ段時間還是有必要的。

（4）當變壓器合閘時，主變壓器差動保護可能誤動。為使差動保護躲過勵磁涌流，必須采用措施區分涌流狀態和故障狀態。在變壓器縱差保護中，工程中應用尤其普遍的是二次諧波制動和波形不對稱兩種原理。當識別出勵磁涌流時，將差動保護閉鎖防止縱差保護誤動。主變壓器兩套保護雙重化配置時，兩套保護勵磁涌流閉鎖需采用不同原理，一套采用諧波制動原理，另一套宜采用波形不對稱原理。

3? ? 結語

本文針對1 000 kV變壓器沖擊過程數據進行了簡要分析和討論，闡明了減小勵磁涌流及防止變壓器保護誤動的措施和方法。變壓器空載合閘過程中易發生差動保護和主變后備保護誤動的情況，因此，在新變壓器啟動調試時需檢驗勵磁涌流的數值及衰減時間，檢修人員要熟練掌握勵磁涌流的抑制措施，不僅要掌握主變壓器保護整定計算原則，也要充分考慮現場一次設備沖擊合閘試驗數據的實際情況，從而確保電網的安全穩定運行。

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收稿日期：2020-06-24

作者簡介：董紅彬（1982—），男，陜西渭南人，工程師，主要從事發電廠繼電保護和自動裝置檢修維護工作。