500kV變壓器過勵磁保護探討

陳旭　饒勇　殷光武　袁功獻

摘要：在500kV變壓器使用的過程中，過勵磁現象的存在會對設備產生破壞，影響系統的安全、穩定運行，同時會降低設備的使用壽命。文章針對500kV變壓器的過勵磁保護以及相關的內容進行了分析。

關鍵詞：500kV變壓器；過勵磁現象；過勵磁保護；電力系統；電力建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM772 文章編號：1009-2374（2015）17-0136-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.069

過勵磁保護主要是為了對變壓器的過勵磁情況進行保護，以防過勵磁超出限制，影響變壓器的運行以及使用年限。本文針對500kV變壓器的過勵磁保護等相關的內容分析研究。

1 500kV變壓器產生過勵磁現象的原因

在電網、電力系統發展的過程中，500kV變壓器被廣泛使用，但是在使用的過程中會產生一些過勵磁，過勵磁的產生會影響設備的穩定運行，減少設備的使用壽命。500kV變壓器在設計過程中，有一個磁通密度值，初設計中該磁通密度值一般為1.6～17T，但是在制造的過程中，磁通密度值要>1.9T，進而將變壓器額定電壓、頻率造成的偏差避免。過勵磁現象還是會發生，針對產生過勵磁現象的原因進行分析，主要為：（1）開關連接或者調整不適。在對500kV變壓器進行檢修時，退出運行后，變壓器的分接開關要調整到最小的位置，但是在完成變壓器的檢修之后，忘記調整分接開關而進行合閘，造成電路中的實際電壓大于最小分接電壓，造成過勵磁的產生；（2）空載到負載的合閘瞬間產生。主要是因為變壓器的鐵芯中存在一定的剩余磁通，在外加電壓過零合閘時，過勵磁將增加，而不利于合閘；（3）實際頻率低于額定頻率。變壓器的額定電壓的頻率低于額定頻率，同時電感性負載的電壓不變，此時將會增加變壓器鐵芯中的磁通，而誘發過勵磁的產生；（4）鐵芯結構因素。鐵芯的材質一般為冷軋硅鋼片，接縫分兩處錯開，形成一定的搭接距離。搭接面增加，但是厚度減少，造成實際截面減少，使得鐵芯接縫處產生過勵磁。

2 500kV變壓器的過勵磁能力以及對其產生的影響

按照式（1）進行過勵磁能力的測試，n增大，空載電流與損耗之間的關系為非線性陡增。對變壓器自身的損耗進行分析，其損耗主要在金屬構件的表面、鐵芯等部位，并在運行中產生局部過熱。在過勵磁倍數相同的情況下，變壓器的額定磁密、飽和磁密等參數，影響變壓器的過勵磁持續的時間，如果額定磁密與飽和磁密越近，飽和磁密曲線的斜率就會下降越明顯，也因此使得變壓器過勵磁產生的持續時間縮短。

因此500kV變壓器的生產制造，可以提供兩條過勵磁曲線：一種是空載下的；一種是滿載下的。變壓器的電壓公式為：U=E-IZ；所以根據電壓公式，得出IZ的作用下變壓器的負載運行時的電壓會下降，進而使得過勵磁持續時間縮短。在實際生產500kV變壓器的過程中，要按照變壓器滿載情況下的過勵磁曲線進行相關的配合制造。

過勵磁的產生將會增加變壓器空載電流的高次數諧波、使得變壓器在運行中的噪音增加、涌流超過空載電流，并產生較大的機械力、對變壓器的構件產生損耗、增加空載損耗等。在變壓器的實際電壓大于額定電壓10%以上后，變壓器的鐵芯處于飽和狀態，過勵磁增加，鐵芯溫度升高，雜散磁通增強，使得繞組以及其他的金屬部件產生損耗，造成設備的過熱、絕緣老化，影響著設備的使用壽命，嚴重時會燒毀變壓器。

3 500kV變壓器的過勵磁保護

在變壓器運行過程中，系統電壓的升高、頻率的降低也會影響變壓器過勵磁的產生，所以過勵磁保護非常重要。在實際運行工作中，只有變壓器的繼電器反時限特性曲線，在過勵磁可允許范圍內曲線的下方，才可以充分地發揮繼電器的變壓器過勵磁保護作用。

如果反時限特性曲線與過勵磁曲線相交，則說明變壓器的繼電器與之配合度較差，也就是說過勵磁值<相交值，此時的繼電器的運行時間>變壓器的運行時間，使得繼電器還未開始繼電器動作，變壓器就已經出現了損壞。在500kV變壓器工作時，磁密、U/f成為正相關的關系，繼電器的電壓一次線圈轉變為母線電壓互感器二次的位置，將反應加到變壓器的電壓、頻率上，進行過勵磁保護。

從式（3）中，可以得到K值與T2成正比例關系，K為整定時間的倍數。當K值不同時，將會呈現出一簇曲線（圖2），所以針對實際運行中確定的變壓器，可以適當的選擇K值、M值。改變K值、M值，使反時限動作發生時間與變壓器的過勵磁持續時間有效的結合，完成對變壓器過勵磁的保護，降低對變壓器以及相關設備的損耗和破壞。

在此基礎上，對變壓器進行過勵磁保護，可以從兩個方面進行：第一個為反時限過勵磁保護；第二個為定時限過勵磁保護。從圖1中的數據可以得出，過勵磁比≤1.1時，變壓器過勵磁的產生將非常小，或者說變壓器的穩定工作時間較長，所以可以將變壓器的繼電器的啟動值設置為1.1，在過電壓達到1.1倍時，繼電器開始對變壓器進行過勵磁保護。當N=500kV/100V時，U/f的二次啟動值為510/500×110V/50Hz=2.24（V/Hz）。當K為最大值10時，還會有充足的時間完成變壓器的過勵磁保護操作，有很大的余度，所以在變壓器運行中，過勵磁曲線較低時，K值可以適當選得小一些。當繼電器的特性曲線與變壓器過勵磁曲線相交時，變壓器的過勵磁保護主要是依靠反時限過勵磁保護。因此在實際工作中，需要根據變壓器的工作環境、工作需求、工作強度等因素設置過勵磁保護裝置，安裝定時限過勵磁保護彌補反時限過勵磁保護缺陷。

4 結語

隨著電力系統、電網等的發展，500kV變壓器成為電力建設中常用的主要設備，在500kV變壓器使用的過程中，會在各種因素的影響下產生過勵磁現象。過勵磁的產生將影響變壓器的穩定運行，會造成設備的損耗、變壓器燒毀等，為了有效地對變壓器進行保護，需要按照變壓器過勵磁保護裝置，對過勵磁進行檢測，防止其超過允許限額，對變壓器以及相關設備造成影響。

參考文獻

[1] 任廣福.淺析變壓器過勵磁故障的原因及預防[J].江西煤炭科技，2011，（2）.

[2] 楊紅.500kV變壓器的過勵磁及其保護特點[J].中國電力教育，2011，（9）.

作者簡介：陳旭（1987-），女，湖北漢川人，供職于廣東惠州平海發電廠有限公司設備部，研究方向：繼電保護和自動裝置。

（責任編輯：蔣建華）