非電量保護動作切除故障對變壓器產生的影響

楊 樂

（蒲城清潔能源化工有限責任公司，陜西 渭南 715500）

在化工電氣系統中，變壓器作為一次設備中最為核心的設備，其可靠性、穩定性顯得尤為重要。由于某種原因要切除變壓器時，若變壓器鐵心內產生大量剩磁，將對其再次送電的成功率產生不利影響，本文就變壓器非電量保護動作時的如何切除變壓器的問題進行討論分析。

1 兩種實現方式

一臺10/0.4kV，2000kVA變壓器，變壓器距離電源側 10kV饋線柜約 200m，距離 400V進線約10m，其非電量保護配置為重瓦斯、輕瓦斯、溫度高、溫度高高、壓力釋放；其中輕瓦斯與溫度高僅為報警信號，不做討論，其余三個非電量均要實現聯跳變壓器各側斷路器。可類比，本文僅以重瓦斯為例說明。

當重瓦斯動作時，需要聯跳高、低壓側斷路器，切除變壓器，其有兩種實現路徑。

第一種方式：重瓦斯繼電器常開點閉合后，將該點引至電源側（10kV變壓器饋線柜），經過中間繼電器（3TH4022M4）擴展（由于重瓦斯繼電器接點容量一般為DC220V 0.3A，不足以滿足跳閘回路功率要求，故經過中間繼電器擴展），將中間繼電器常開接點送至RCS 9621CS的專用輸入口（端子號327），經過綜保邏輯出口，將 10kV斷路器跳開；在綜保出口的同時，RCS 9621CS的出口繼電器2（端子號為427/428）同時出口，該接點送至低壓側400V進線斷路器聯跳。從變壓器本體瓦斯繼電器至10kV饋線柜再至 400V進線柜均使用硬接線實現，其中硬接線共有約400m。當跳閘線圈勵磁回路較長，對地電容相對較大，當有小交流電源串入將有可能導致跳閘線圈誤動作，并且回路較長，引起的電壓降落也將增大，不利于線圈的可靠動作，盡量縮短硬接線的長度是有益的。

第二種方式：重瓦斯繼電器接點送至 400V進線柜，經3TH4022擴展后，同時送出兩路常開點，一路至 400V進線開關的跳閘回路，另一路送至10kV電源側饋線柜跳閘回路，接至RCS 9621CS的327號端子，通過綜保邏輯實現跳閘出口。

2 速動性比較

從速動性考慮，中間繼電器動作時間約為t1=50ms；常開點輸入綜保裝置至其出口繼電器動作時間約為t2=70ms（遙信去抖時間20ms，繼電器動作50ms，內部邏輯時間忽略）；

在第一種方案中，從瓦斯繼電器動作至 10kV斷路器跳閘回路導通共需要t1+t2=50+70=120ms；從瓦斯繼電器動作至 400V短路器跳閘回路導通共需要t1+t2=50+70=120ms；顯然，理想狀態下，兩側斷路器將同時斷開，也就是會出現競爭現象。顯然，還需取決于 10kV斷路器與 400V斷路器的分斷時間。此時，很可能出現帶負荷切除變壓器（10kV綜保出口繼電器容量為 DC220V 5A，可以直接串入400V跳閘回路）。

在第二種方案中，從瓦斯繼電器動作至 10kV斷路器跳閘回路導通共需要t1+t2=50+70=120ms；從瓦斯繼電器動作至 400V斷路器跳閘回路導通共需要t1=50ms；顯然，此時，400V斷路器將明顯快于10kV斷路器使跳閘回路導通，當然，10kV與400V開關分斷特性有區別，但是其相差 70ms的時間富余將有利于將變壓器所帶負荷首先切除，而在變壓器電源側斷電時，變壓器已經是空載狀態。

3 剩磁的影響

在出現帶負荷切除變壓器時，由于一般 400V母線功率因數為cosΦ=0.9，按單相考慮，在斷開一次回路時，由于電流相位僅滯后電壓 28.5°，即；當i過零點時，電弧熄滅，一次回路斷開，此時線端電壓為e=0.67E1；而由于E1=4.44fN1Φm，所以得到當端電壓為e時，磁路中的磁通為Φr（即剩磁）=0.67Φm；當然，由于三相系統中由于相互差120°，情況較復雜；按單相分析，如果此時，再次將變壓器投入，假設投入時電壓處于峰值狀態，則僅考慮剩磁的影響，剩磁的存在將使鐵心出現周期性的磁飽和，當主磁通與剩磁方向一致時，將使磁路飽和，引起勵磁電流迅速增長，如變壓器硅鋼片型號為30Q130，其磁飽和點為1.9T，如果假設其正常工作點在B=1.2T（H=16A/m），而由于剩磁存在將使磁場密度增加至 1.67倍，達到B=2.004T，此時H=9000A/m，勵磁電流為正常的n倍，n=9000/16=562.5；文獻2中提到正常勵磁電流僅占正常一次繞組額定電流的1%，則該勵磁涌流將達到一次額定電流的5.6倍。而消磁方法在文獻3中闡釋很清楚，但現場實現條件較苛刻。

在切除空載狀態的變壓器時，由于為純感性負載（忽略鐵耗），所以電壓電流相位相差90°，在電流過零點時，電壓剛好達到幅值或其附近，此時，磁通與電壓相差90°，故磁通接近于0，即基本無剩磁，但同時三相系統中相角相互差120°，故必然還存在剩磁，但相對較小。

4 結論

當非電量保護動作時，采用先將非導電量繼電器接點送至 400V進線柜并跳閘，同時轉送至其10kV電源側將斷路器跳開，在不降低速動性要求的情況下，使變壓器被切除時，處于空載狀態，有利于變壓器的正常穩定運行。

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