試論變壓器試驗后剩磁的消除方法

李志剛

（山西大唐國際云岡熱電有限責任公司，山西 大同037000）

0 前言

某電廠有兩臺9FA 燃氣－蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，發(fā)電機（390H）采用美國GE 公司設(shè)備，220KV 升壓站采用SF6 氣體絕緣組合電器（GIS），為雙母線帶母聯(lián)方式。GIS 和主變壓器的聯(lián)絡采用220KV 高壓電纜連接并采用直埋的方式，主變正常運行變比為236KV/19KV，容量為480MVA，發(fā)電機出口帶開關(guān)，作為單元機組與系統(tǒng)的并網(wǎng)點。主變在每次檢修工作后，需倒送電正常，給機組輔機供電后，機組才具備啟動條件。

#1 機組檢修過程中，主變做了預防性試驗，試驗內(nèi)容包括：介質(zhì)損耗、直流電阻測量等項目。機組檢修后，按照GE9F 燃氣機組的開機方式，主變首先合閘受電。在#1 主變合閘時，主變差動（A 相）保護動作，合閘失敗。

對變壓器進行全面檢查，包括油樣化驗、瓦斯繼電器檢查、檢修試驗數(shù)據(jù)復審，均未發(fā)現(xiàn)異常。于是重點對故障錄波器錄取的波形進行了分析。故障錄波器錄取波形如下：

分析波形分析，波形出現(xiàn)明顯的間斷，是很典型的勵磁涌流。調(diào)看發(fā)變組保護G60 的分析報告，其中二次諧波含量為0.12，而變壓器差動保護的二次諧波閉鎖設(shè)定值是0.13，二次諧波含量沒有達到閉鎖值，沒有閉鎖差動保護出口。初步判斷是勵磁電流，造成的保護誤動。

經(jīng)過仔細回顧檢修過程，我們發(fā)現(xiàn)試驗人員因為天氣原因，首先進行了變壓器的其他試驗項目，最后進行的是變壓器直阻測量，并且試驗后，未進行消除剩磁的處理。我們認為變壓器試驗后的剩磁是造成此次變壓器勵磁涌流大幅增長的原因。

1 直流電阻測試產(chǎn)生剩磁的原因

由于電力變壓器繞組的電感很大為數(shù)百亨至數(shù)千亨，而直流電阻很小最小至數(shù)百微歐，用穩(wěn)壓電源給大型變壓器繞組充電達到穩(wěn)定的時間可能長達數(shù)十分鐘至數(shù)小時，為解決穩(wěn)壓電源給繞組充電的穩(wěn)定時間過于長的問題，現(xiàn)在普遍使用的是采用穩(wěn)壓穩(wěn)流電源充電的方法。此次變壓器直阻測量使用的測量儀器是保定市金達電力科技有限公司生產(chǎn)的BZC-3391（帶助磁）恒流式測試儀。該儀器可根據(jù)電源負載的大小，來決定穩(wěn)壓穩(wěn)流電源是工作于穩(wěn)壓狀態(tài)還是穩(wěn)流狀態(tài)，電源只能工作于其中一種狀態(tài)，此次測試選擇的是穩(wěn)流狀態(tài)下。其工作原理如下：RN 為電流取樣電阻，E 為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的最大穩(wěn)壓電壓，I為儀器設(shè)定的穩(wěn)流電流，開關(guān)K 合上后，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源剛開始工作于穩(wěn)壓狀態(tài)，回路電流逐步上升，當充電電流達到儀器設(shè)定的穩(wěn)流電流時，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源進入穩(wěn)流狀態(tài)。E 越高充電速度越快，I 越大鐵芯磁通密度飽和程度越高，可有效降低電感L 以縮短穩(wěn)定的時間、I 越大測量信號Vx 越大，數(shù)據(jù)更準確穩(wěn)定，為了節(jié)省測試時間，獲得更準確的測試數(shù)據(jù)，試驗中，選用的是恒流模式，穩(wěn)定電流選擇的是10A。

快速準確測量五柱式、低壓d 聯(lián)接大容量變壓器低壓繞組直流電阻測量難度相對較大，依據(jù)目前解決該難點均是采用大電流法或助磁法來解決，其原理均是使鐵心磁通密達到飽和以達到快速穩(wěn)定的的方法。

為了更好的達到助磁效果，實際采用的高低壓繞組串聯(lián)助磁方法，其高低壓繞組的電流方向一致，由于高壓繞組匝數(shù)是低壓繞組匝數(shù)若干倍，因此較小的勵磁電流即可使鐵心達到飽和，l0A 的勵磁電流即可滿足所有容量變壓器的要求（五柱式、低壓d 聯(lián)接大容量變壓器低壓繞組低壓繞組采用四端法測試時，達到鐵心飽和的勵磁電流需幾十安以上）。

綜上所述，由于以上測試方法，主變鐵芯可能出現(xiàn)大幅度飽和，而較長的測試時間（低壓繞組測試時間約為每相30min）會造成較大的剩磁存在。

2 目前現(xiàn)場消除剩磁的方法

2.1 直流法消除剩磁

按電工理論，正反向通入直流電流，并逐漸減小，縮小鐵心的磁滯回環(huán)，達到消除剩磁的目的。

E—蓄電池（12V）；R—可變 電阻（0—100Ω，5A）；A、A1—直流電流表（5～10A）；K—雙刀雙投刀閘；K1、K2、K3—小刀閘；R1—固定電阻（200Ω）。

在被試變壓器高壓繞組（三相變壓器可分別在AB 和BC 端）通入直接電流，例如為5A，其方向應與測試繞組直流電阻時的電流方向相反；合K1，斷開K，使A1電流降至“零”；通入相反方向電流4.7A；依次類推，每次電流值降低5%～6%，直至電流為0.05A 以下時，直流去磁結(jié)束。具體操作步驟如下：

1）K 開，K1開，K3合，K2合，合K 至“正”，電流A 達預計值；K1合，K2開，K 開，K3開，至電流A1接近“零”，K1開；

2）K 開，K1開，K3合，K2合，合至“負”電流A 達預計值；K1合，K2開，K 開，K3開，電流A1接近“零”，K1開；

如此往復，試驗電流不斷減小，可消除剩磁。

2.2 交流法消除剩磁

在被試變壓器低壓側(cè)（ac，ab 和bc 之間）分別施加50Hz 交流電壓，高壓中性點接地。視電源容量，調(diào)節(jié)補償電容器C，使電源電流減少，被試變低壓側(cè)以反映平均值電壓表Va 讀數(shù)為準，逐漸升高電壓至50%額定電壓，并停留約5min，將電壓緩慢降至“零”再重新緩慢升高電壓至100%額定電壓，直到完全去磁。

判斷完全去磁的方法：

1）在電壓上升和下降過程中，同一電壓下的勵磁電流值相同；

2）勵磁電流的波形上下對稱，無偶次諧波分量。

3 消除剩磁的實例

用直流和交流方法對一臺750MVA、500kV 三相變壓器進行了去磁。本來，其中的一種方法均足以去磁，但為了檢驗直流法的效果，特增加了交流法。

在AB 和BC 端間，分別進行直流去磁，耗時約7h。同時接線，進行交流去磁，在第一次升電壓至50%額定電壓時，即尚未開始交流去磁，勵磁電流中已無偶次諧波，說明直流去磁的效果很好，我們已對7臺（相）500kV 變壓器進行過直流去磁，并用交流法的勵磁電流無偶次諧波判別方法，予以驗證，均取得滿意效果。

4 結(jié)論

1）繞組直流電阻的測試，會在變壓器鐵心中殘留剩磁，建議現(xiàn)場220～500kV 變壓器高壓繞組的測試電流，以不大于5A 為宜。

2）當剩磁產(chǎn)生較大影響時，應考慮剩磁的消除。交流消磁法由于使用的設(shè)備較復雜，不利于現(xiàn)場使用。現(xiàn)場消磁應優(yōu)先考慮直流法消磁剩磁。

3）工程實際中，無需將剩磁消除到完全消失，可使用1A 電流，多次放電，理論上可以降低剩磁值，降低變壓器涌流值。

4）在試驗順序中，采用先直流后交流試驗順序，可以減少剩磁的存在，例如，先做直阻測試，后做交流介損試驗。

5）目前市面上有利用直流消除剩磁原理生產(chǎn)的剩磁消除裝置，其設(shè)計原則就是電路的集成化、自動化，當多次使用儀器消除剩磁后，可基本保證剩磁不會對變壓器沖擊產(chǎn)生影響。

6）9FA 燃機可以啟用第二并網(wǎng)點并網(wǎng)，發(fā)電機啟動前合上出口開關(guān)，帶主變高廠變零起升壓，將利用主變高壓側(cè)開關(guān)并網(wǎng)，避免對主變的沖擊，在大型燃煤機組中，都使用該模式并網(wǎng)。