變壓器剩磁引起主變差動保護動作

謝大慶

摘要：變壓器作為變電站的“心臟”，承擔將某一電壓變換為頻率相同的另一種或幾種數值不同的電壓的設備。隨著電網的發展，變壓器容量越來越大，其內部結構也越來越龐大。變壓器在斷路器分閘、進行直流電阻試驗、空載試驗后，變壓器鐵心會留下一定的剩余磁通，這就是剩磁。變壓器剩磁將會使勵磁涌流變大，造成變壓器保護誤動作，從而影響設備的正常運行。

關鍵詞：變壓器剩磁;差動電流;保護動作

1變壓器剩磁

電力變壓器是電網的重要組成元件之一，在電網的安全穩定運行中具有極其重要的作用。繞組直流電阻試驗是變壓器狀態檢修例行試驗中必不可少的項目，由于鐵磁材料的磁滯特性，直流電阻試驗將在變壓器鐵心中殘留剩磁。一般來說，直流電阻試驗所加電流越大、加電流時間越長，剩磁量越大。由于剩磁的存在，當變壓器投入運行時，鐵心剩磁使變壓器鐵心半周飽和，在勵磁電流中產生大量諧波，形成涌流，這不僅增加了變壓器的無功消耗，而且可能引起繼電保護器誤動作，甚至損壞，造成經濟損失。與此同時，鐵心的高度飽和使漏磁增加，引起金屬結構件和油箱過熱。局部過熱將使絕緣紙老化并使變壓器油分解，影響變壓器的壽命。因而變壓器鐵心剩磁不僅直接影響到繞組的運行安全，而且還會影響到電力系統的穩定、安全運行。

2案例分析

本文以某升壓站系統為例，該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。2019年6月5日，某發電機組啟動準備并網，16時32分15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。

2.1保護動作分析及檢查

2.1.1動作值分析

經過檢查發現，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。

2.1.2現場檢查及保護動作行為分析

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和絕緣測試，試驗均合格。檢查主變油分析報告，于2019年4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。

2.1.3變壓器勵磁涌流與變壓器剩磁關系

通常，變壓器繞組中的勵磁電流和磁通的關系是由磁化特性所決定，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。

2.2應對措施

為了有效避免上述問題的發生，可以采取以下兩點措施：第一，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。第二，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。

3結束語

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，以保障變壓器設備的安全運行。

參考文獻

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