一例變壓器空充跳閘原因分析與預防

蔣慶云

【摘 要】大型變壓器在空載投運時， 因勵磁涌流易引起差動保護誤動。結合某大型變壓器空載投運時發生因勵磁涌流引起的差動保護誤動故障， 對勵磁涌流的特性、保護誤動的原因及預防等進行了探討和分析。

【關鍵詞】變壓器；勵磁涌流；差動保護；預防措施

中圖分類號： TM411.2 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）31-0225-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.109

【Abstract】The differential protection may cause malfunction in the reason of inrush current in no-load condition of large transformer .Based on the reasons and phenomena about remanence generating， the paper discusses and analyzes characteristics of inrush current and causes for the differential protection malfunction .In the end，the article introduces some precautions for protection malfunction.

【Key words】Transformer；Inrush current；Differential protection；Precaution

0 引言

大型變壓器在合閘充電時，由于其電感性，以及合閘瞬間確定的充電電壓相角，會存在最大7～9 倍的勵磁涌流[1]。根據U=L×di/dt，如果合閘時正弦電壓最大則可以平穩過渡；一旦不在此相位，特別是在過零位電壓時，將產生巨大的沖擊電流即勵磁涌流。勵磁涌流是由于變壓器鐵芯磁通飽和所引起的沖擊電流，其大小與變壓器等值阻抗、合閘初相角、剩磁大小、鐵芯結構及材質等因素有關。差動保護是變壓器的主保護， 其整定值應在變壓器空充勵磁涌流下不誤動。

1 概述

2018年3月3日，某500kV變壓器檢修后由220kV側進行充電，該變壓器的二套保護比率差動保護動作、出口跳閘，變壓器非電量保護未動作、瓦斯繼電器內無氣體。在該次例檢中該變壓器進行了例行檢修及試驗，保護綜自部檢，一次檢修及試驗均合格，保護綜自部檢試驗均合格。3月4日在現場一、二次專業檢查及油色譜試驗確認該變壓器無故障后再次由該變220kV側進行充電，并成功合閘。

2 分析及處理

2.1 一次專業檢查

該變壓器跳閘后從該變壓器C相高、中、低三部位取油樣進行油樣試驗，試驗數據均合格；跳閘時外部中、低壓側無短路電流。主變檢修過程中各項例行試驗數據均合格。主變恢復送電前及跳閘后對一次設備外圍包括主變本體、套管、引線、刀閘、CT、CVT、避雷器及瓦斯繼電器、壓力釋放閥等附屬設備檢查均無異常。

2.2 繼保專業分析

檢查該變壓器兩套保護，均顯示比率差動動作；操作箱指示燈顯示兩組出口跳閘均動作。調閱保護錄波為常規的正弦波形，A、B相電流較小，中壓側C相電流最大，且伴隨C相電壓跌落10%左右，類似C相繞組故障，電流沒有明顯增大的趨勢。

查保護動作報告，跳閘時差動電流A相0.65Ie、差動電流B相0.60Ie、差動電流C相1.22Ie，大于差動啟動值；B、C兩相的二次諧波百分比約在9%，小于二次諧波制動的整定值15%，二次諧波閉鎖開放比率差動，40毫秒后保護比率差動保護動作。從錄波數據看，如圖1所示，整個空充過程中，B、C兩相諧波含量均比較低，都在8%～10%之間；A相諧波含量略高，約為18%～20%，比勵磁涌流經驗數據30%～40%大幅降低。

該保護裝置的勵磁涌流判據采用的是按相制動原理。這種勵磁涌流識別方法有利于加快空充變壓器區內故障的差動保護動作速度，同時為了提高差動保護躲避勵磁涌流的能力，裝置內部程序在勵磁涌流判別中采用了浮動門檻定值（二次諧波制動系數初始5%，逐漸增加到15%）的功能。但本次故障由于諧波含量較低維持較長（只有8%～10%），且B、C兩相諧波含量均低，與空充于故障的特征非常相似，因此裝置退出自適應勵磁涌流判據，開放了差動保護。

勵磁涌流的識別問題和空投于內部故障變壓器情況下要求保護快速跳閘本身就是一個互相矛盾的存在，如果片面的、一味的提高差動保護的勵磁涌流閉鎖能力，帶來的是空充于故障變壓器差動保護長時間可能不能動作的結果。從運行經驗來看，變壓器空投過程中絕大部分情況下三相差電流二次諧波含量都會高于15%這個經驗定值，少量情況下空投正常變壓器的過程中可能出現某一相差電流二次諧波含量低于15%的情況，這種情況依靠上述的浮動門檻和自適應循環閉鎖判據基本都可以解決，而本次空投過程中出現的兩相差電流二次諧波含量均低于10%，并且伴隨電壓的跌落，以及較大零序工頻電流的這幾個特征，結合以往的變壓器保護運行經驗，本次勵磁涌流從電氣量的特征來看，故障特征比較明顯，若為正常沖擊無故障，其波形及其罕見，如果要實現這種空投波形的勵磁涌流閉鎖，將較大的犧牲保護切除空投到故障的能力。

2.3 空充電流波形特性分析

大型變壓器多采用冷軋硅鋼片，Bs/Be比較小，進行變壓器直阻測試，引起變壓器剩磁加大，有時甚至達0.9 Bm。特別是變壓器在進行繞組直流電阻測試后，會在鐵芯中殘留剩磁。一般說來，直流磁化的安匝愈大，剩磁愈嚴重。[2]變壓器內部故障主保護，對于Br=±0.9Bm時，三相涌流的I2/I1可能均小于20%；對于Br=±0.7Bm時，三相涌流的I2/I1有一相可能小于15%，但另兩相至少有一相大于15%；對于Br=±0.6Bm時，三相涌流的I2/I1有一相可能小于20%，但另兩相至少有一相大于20%；對于Br=±0.5Bm時，三相涌流的I2/I1可能均大于15%。該變壓器由于直阻測試引起嚴重的剩磁造成空充時B相和C相二次諧波含量偏小，A相二次諧波含量也小于20%，滿足對于Br=±0.9Bm時，三相涌流的I2/I1可能均小于20%的結論。

在500kV變壓器進行直流電阻測試時，按要求嚴格控制高中壓側所加直流電流小于5A。本項試驗耗時較長，且試驗所加電流大時變壓器鐵芯易飽和時間可縮短，若電流大于5A可使變壓器嚴重剩磁。變壓器剩磁大，勵磁涌流工頻分量大，二次諧波分量小，對變壓器的動穩定和運行安全十分不利[3]。為避免鐵心的過高剩磁，高、中壓繞組直流電阻的測試電流不宜大于5A。為避免因剩磁可能產生的異常過電壓，局部放電試驗前，可進行去磁試驗。為減少變壓器剩磁效應影響，大型電力變壓器在直阻試驗后應及時進行剩磁消磁。

3 結論和建議

變壓器檢修后送電過程中發生充電跳閘，其原因為變壓器直阻試驗剩磁效應下特殊勵磁涌流特性下引起的跳閘，勵磁涌流的識別問題和空投于內部故障變壓器情況下要求保護快速跳閘本身就是一個互相矛盾的存在，若采取單相涌流識別后閉鎖三相差動的措施，帶來的是空充于故障變壓器差動保護長時間不能動作的結果，建議不改動保護的涌流閉鎖原理。為減少變壓器沖擊跳閘的幾率，建議嚴格控制220千伏及以上變壓器直阻測試電流的數值小于5A，并加強試驗現場的監督，確保變壓器直阻試驗剩磁可控；在500千伏變壓器直阻測試后，可采用反向去磁法減少變壓器鐵芯內的剩磁。

【參考文獻】

[1]趙君有等，電機學（第三版）[M].北京：中國電力出版社，2016.

[2]王維儉，電氣主設備繼電保護原理與應用（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2002.

[3]寇海榮，王新中，史明彪.變壓器直流電阻試驗后剩磁影響及對策[J].山西電力，2011，166（3）：24-27.