防范控制勵磁涌流危害的技術措施探討

摘要：文章細究勵磁涌流產生的根本原因，總結以往經驗教訓，多維度觀察思考，采取預防、消除、控制等多重技術手段，并以實測數據為依據，尋找切實可行的方案。提高主變送電成功率，增強系統穩定性，需要從電氣系統的整體、局部、根源上發掘查找不足、缺陷和隱患，從而拓寬技術改進思路，竭力做好勵磁涌流的防范控制工作。

關鍵詞：變壓器；空載充電；勵磁涌流；消磁；磁路飽和；相控

中圖分類號：TM401文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）24-0070-03

隨著電力系統的高速發展，系統容量不斷增大，結構也日益增強，安全愈發重要。對于大型電力變壓器空載充電帶來的嚴峻問題，即勵磁涌流造成保護誤動等危害也日益凸顯。傳統的識別和處置方式均存在若干局限性或取值不精準的問題（定值、死區、計算誤差等）。即便保護躲過了涌流，依然無法避免負荷波動、系統參數突變的現象發生。基于更精準、更可靠要求的提出，防范控制勵磁涌流危害成為了一個不可回避的課題。

這里結合臺山電廠的情況，針對變壓器自身結構特性，細究勵磁涌流產生的本質因素，分析以往案例性質特征，借助先進技術理論及成果，從變壓器受電方式、CT特性、剩磁、合閘相角四個方面分析、討論防范控制勵磁涌流的技術措施。

1變壓器受電方式

勵磁涌流是變壓器繞組在外施電壓的突然作用下，由于磁路飽和而反映出的電氣暫態過程。從直接原因上看，如果變壓器送電能夠避免空載合閘，也就回避了勵磁涌流的問題。電力系統大型變壓器的送電方式由系統主接線形式決定，一般有零起升壓和空載充電兩

種。以下以臺山電廠一期主接線為例進行分析。

臺山電廠一期電氣主接線系統分為220kV系統和500kV系統，且各為獨立系統。220kV系統采用雙母線帶母聯的接線方式，兩臺主變接入，四條輸電線路送出；發電機與變壓器為發變組單元接線形式接入系統，無出口開關，機組通過變高側斷路器同期并網。500kV系統采用二分之三斷路器接線方式，三臺主變接入，兩條輸電線路送出；發電機與變壓器為發變組單元接線形式接入系統，設有出口斷路器，也是并網同期點。

系統結構上，220kV系統運行調度較為簡單，主變可以零起升壓的方式轉入運行，直接回避了勵磁涌流及其一系列問題。500kV系統的二分之三接線調度更靈活，出口斷路器也省去了啟/備變的設置，但主變卻不得不采用空載合閘方式充電，從而勢必面臨產生勵磁涌流的問題。由此可見，系統結構的設計可以首先并直接地回避勵磁涌流的問題，但并不能杜絕。當有電氣聯系的鄰近變壓器空充時，也可能誘發本側和應涌流的出現。另一方面，主接線設計也需全盤考慮系統性、經濟性、可靠性，且對于已投產的機組幾乎不可能做主系統結構的改造，這就需從其他方面再著手解決。

2保護用電流互感器的勵磁特性

主變壓器外部故障的主保護一般采用二次諧波制動的差動保護，由CT不同型、變比差異、傳變差異等產生的不平衡電流對差動保護的影響也不可輕視。

2011年，廣東電網某電廠在執行主變檢修轉運行操作時，差動保護動作機組跳閘。事后經查，直接原因是差動保護用兩側CT勵磁特性不一致，存在超過定值的較大差流。穩態情況下，CT特性不一致并不影響保護運行；而暫態情況下，由于大量非周期分量存在，特性較差的CT先飽和或飽和度更嚴重，導致勵磁電抗減小，電流隨之增大，加之相角差等，從而產生的大差流將可能導致保護動作。

因此，變壓器差動保護兩側應采用抗飽和能力較強的CT；發電機縱差保護兩側CT必須保證型號、特性完全相同。此外，減少保護CT二次負載，能降低鐵芯飽和度；測試兩側負載，保證負載相同，也可減少差流。已投產的廠站應認真核查保護用CT特性，對勵磁特性不一致的或抗飽和能力差的進行更換；提高抗飽和能力，降低不平衡電流的影響，避免暫態情況下差流大造成保護誤動。

3變壓器修后自主性消磁

變壓器停電檢修中，按照檢修規程須進行繞組直流電阻測試，以檢驗內部焊接質量及載流部件的接觸是否良好。但直阻測試后，在變壓器鐵芯中殘留的剩磁，其大小與極性往往未知，在變壓器空充時，即有可能造成磁路嚴重飽和，這也是常見的涌流誘因之一。因此，在防范控制勵磁涌流的措施中，應重視主變修后消磁工作，將其寫入變壓器檢修作業指導書或檢修文件包等文件中，作為檢修項目的一個質檢點和驗收環節去認真對待。

變壓器消磁一般通過消磁儀去完成，簡便實用，三相全部消磁一般僅需4～8個小時即可。消磁后，變壓器充電過程中勵磁電流的削弱效果明顯，同時也是后面要講到的相控合閘的補充措施——由于變壓器修后，剩磁極性大小未知，如按“上次分閘角”執行相控合閘就沒有任何意義，產生較大涌流的概率依然不可控。因此，變壓器修后消磁絕對是不可忽視的一項防范控制措施。

4空載充電采取相控合閘

變壓器勵磁涌流產生的主要原因是鐵芯磁路飽和，因此控制勵磁涌流可以從降低、控制鐵芯飽和上考慮。變壓器設計制造時，鐵芯的飽和磁通是在穩態磁通的基礎上留有裕度的，穩態下不會飽和。設定電源側電壓函數為，

又有，那么磁通的函數關系式為：。

磁通相位落后于電壓90度，且由上述函數關系可見，空充時磁通大小取決于。在=0°或180°時合閘，電源側電壓過零點，磁通最大，磁路易飽和；在=90°或270°時合閘，電源側電壓過峰值，磁通最小，勵磁電流也最小。當變壓器鐵芯中存有剩磁時，在系統電源側峰值時合閘，由于沒有多個來源磁通的相疊加，也不會導致磁路飽和，極大降低了勵磁涌流產生的概率。因此，可以考慮在系統電源側電壓峰值相控合閘來減小或抑制勵磁涌流。

本文以臺山電廠5號主變勵磁涌流抑制改造項目為例，進行簡要分析。臺山電廠500kV系統為二分之三斷路器接線方式，兩個完整串，一個不完整串，5號主變串為交叉接線的完整串，如下所示：

首先，500kV系統的結構特點、斷路器特性直接影響著加裝涌流抑制裝置的可行性。500kV系統配電設備為氣體絕緣全封閉組合電器，其金屬外殼內充有一定壓力的SF6氣體，有效減弱了斷路器的拉弧和預擊穿效應，保證了動作時間的穩定性。第三完整串中5031為線路邊開關，5032為聯絡開關，5033為變高邊開關。5號主變復電操作流程是分開5032和5033開關，然后合上變高側進線刀閘，再合上邊開關5033充電。結構上，系統具備勵磁涌流抑制裝置的加裝條件，裝置可加裝在5033開關的控制回路上。

為驗證勵磁涌流裝置出口時間定值的穩定性，對5033斷路器固有動作時間進行測試。

動作時間測試共進行了6組，測試結果三相合閘時間基本一致，漂移值只在0.5ms內，分閘時間最大漂移達1.3ms，但時間漂移在3ms內即可滿足裝置需求。

接下來需要考慮的就是二次系統的接入點和測試方案的問題。二次系統主要是在現有二次設備及回路上接入和整體調試。系統電源以A相電壓為基準來測量分析相位關系，取自二母母線PT；主變受控側電壓、電流，取自主變高壓側進線上PT、CT，可準確反映主變受電前后高壓側參數變化。開關量的接入應與自動化系統（DCS、NCS等）相配合，接入方案是：將斷路器測控裝置的合/分閘開出點改接至勵磁涌流抑制器啟動合/分閘開入點，作為合分閘啟動信號用；將涌流抑制裝置合分閘開出點接入開關合/分閘遙控回路，用于指令出口。

二次回路變更后，可采用加壓、通流的方法檢驗接線的正確性。而遙控回路的檢驗，采取傳動開關的方法最為直接有效，同時也在線測試了斷路器的動作時間。

采用NCS遙控方式傳動，二次回路上消耗了一定時間，較之固有時間有了較多的時延。數據顯示分閘時間較穩定，漂移大約只在1ms內；合閘時間前兩次漂移雖然較大，但最后兩次基本穩定在105.04ms附近。此測試結果可作為空載充電試驗首次整定值使用。

主變空充試驗開始前，勵磁涌流抑制裝置定值整定，投入運行，5033斷路器轉至熱備用狀態，根據調令對主變進行復電操作。

空載充電試驗勵磁涌流抑制裝置錄波圖如圖3

所示：

考慮到帶電下（預擊穿和拉弧）動作時間有偏移，每次須根據前次錄波測量的動作時間來修正時間定值。如圖3所示，二次試驗錄波結果顯示合閘角91.4°，最大峰值電流也不超過額定電流的1.6倍。本次變壓器空充試驗中保護裝置未見異常，系統參數（電壓、電力、功率）未見較大突變，相控合閘整體效果良好。

5結語

在勵磁涌流的防范控制策略上，如僅依靠保護的識涌流、躲涌流，必然忽視多種誘因并存，抱有僥幸心理的態度；電氣試修人員須積極主動分析，探究本質原因，采取多重手段，從細節上、根源上防范控制。當然消除磁路飽和，抑制勵磁涌流，既需要先進技術的跟進，更需要電力檢修人的嚴謹和規范。

參考文獻

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作者簡介：王群（1986-），男，湖北人，廣東國華粵電臺山發電有限公司助理工程師，研究方向：發電廠電氣二次檢修。

（責任編輯：秦遜玉）