變壓器剩磁引起主變差動保護動作分析

張俁妤

北京市電力公司檢修分公司 北京 100069

1 變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生

當(dāng)變壓器未連接到主電源或故障已恢復(fù)到正常電壓時，可能會出現(xiàn)稱為勵磁起動電流的高瞬態(tài)電流。磁化的起始電流是由電力系統(tǒng)的電壓的突然變化引起的，并且最終由磁芯材料的磁飽和（磁滯特性）引起的剩余磁化引起。如果在插入變壓器之前進入變壓器之前的殘余電壓的方向與由系統(tǒng)電壓產(chǎn)生的磁通的方向一致，則總磁通量將顯著超過變壓器芯的飽和磁通量，這導(dǎo)致大的起動磁化電流。

1.1 變壓器剩磁的產(chǎn)生

殘余磁性是磁化過程中芯材料的滯后損失。在磁場材料在交變磁場作用下逐漸磁化的過程中，磁疇將連續(xù)旋轉(zhuǎn)，摩擦能量將被消耗，并且會發(fā)生損耗。變壓器的剩余位置有幾個原因：第一，變壓器是三相對稱的，斷路器在電流過零（相電流為零）時關(guān)閉，引起異步開路和剩余電流；第二，在變壓器投入運行之前，必須進行一系列直流測試（繞組的直流電阻，絕緣電阻，漏電流，介電損耗測試等）。單向恒定電壓導(dǎo)致變壓器繞組中的剩余磁化。

1.2 變壓器剩磁的危害

如圖1所示，在正常操作期間，變壓器在點A處操作，并且變壓器芯的流量接近飽和。當(dāng)空載電路閉合時，變壓器在B點工作。此時，變壓器鐵心的流量非常飽和，勵磁電流是額定電流的3倍，當(dāng)變壓器恢復(fù)時，它可以在C點工作，此時勵磁電流將超過允許值，導(dǎo)致差動保護誤動作，由于系統(tǒng)電壓是三相對稱的，當(dāng)變壓器空轉(zhuǎn)時，一相應(yīng)該在最不利的狀態(tài)下工作。如果變壓器有剩磁，則勵磁電流會更大，達到額定電流的6-8倍，直接導(dǎo)致變壓器的保護出現(xiàn)故障。

圖1 鐵芯磁化曲線

2 保護動作分析及檢查

第一，動作值分析：查看保護裝置動作信息運行時，A組發(fā)電機保護柜顯示C相差動電流，等于0.1836A，制動電流0.0625A，發(fā)電機組B保護柜顯示C相差動電流，等于0.1914A，制動電流：0.0664A。主變壓器的差動保護設(shè)定為：差動啟動電流為0.17，K1=0.2，K2=0.5，K3=0.7，二次諧波的制動系數(shù)為 0.15。經(jīng)過計算和驗證，實際工作電流大于理論設(shè)計工作電流0.1825A，變壓器中的二次諧波含量不達0.15，保護正確。

第二，現(xiàn)場驗證和保護行動分析：在保護動作之后，使用紅外成像儀測量主變壓器的溫度。沒有檢測到溫度升高。同時，當(dāng)主變壓器通過一相接地或相間短路時，故障相電流變大，相應(yīng)的相電壓變大。它會減小，但在此保護動作期間，只有電流會發(fā)生變化，發(fā)電機電壓才會正常，這可以消除對地的單相短路或主變壓器相之間的短路。在啟動設(shè)備之前，主變壓器外殼中的泄漏被消除，之后所有的預(yù)防性測試（包括直流電阻測試）和絕緣都在變壓器上進行，所有測試都是合格的。檢查主要油品分析報告。在2017年2月的油相色譜測試報告中，乙炔含量為0.4ppm，低于5ppm的注意水平。如果主變壓器放電，輕質(zhì)和重質(zhì)氣體將起作用變壓器。但是，在保護動作之后，主變壓器的輕重氣體沒有異常，可以消除主變壓器內(nèi)部放電的故障。根據(jù)差動保護的基本原理，用于主變壓器差動保護的電流取自發(fā)電機的CT側(cè)，CT取自主變壓器的高壓側(cè)，CT取自高壓側(cè)的高壓側(cè)。當(dāng)發(fā)生保護動作時，CT電流僅出現(xiàn)在發(fā)電機側(cè)，主變壓器高壓側(cè)的CT開關(guān)與高壓CT側(cè)之間沒有電流，可以確定保護裝置和故障記錄儀中顯示的電流是否反映主要電氣設(shè)備的狀態(tài)。發(fā)電機定子的電流，三相電流A，B，C包含大量非周期分量，并且電流從時間軸的一側(cè)偏移，電流值包含大量高次諧波分量，并且電流波形具有斷開角。根據(jù)變壓器勵磁起動電流的特性，由于磁場起動電流值大，時間長，主變壓器差動保護的二次諧波阻斷不成功，差動保護輸出，因此確定該保護動作應(yīng)由變壓器起動電流引起。

第三，變壓器磁化起始電流與變壓器剩磁之比。變壓器繞組中的勵磁電流和磁通量之間的比率由磁化特性確定：變壓器磁芯越飽和，產(chǎn)生一定磁通量所需的勵磁電流越大。由于最不利的閉合時刻，鐵芯的飽和度將非常嚴重。勵磁電流的值也將顯著增加，這可能是變壓器空載電流的大約100倍。在不考慮繞組電阻的情況下，峰值電流在關(guān)閉后半周出現(xiàn)。但是，由于繞組是電阻性的，因此該電流會隨著時間而減小。對于具有較小電容的變壓器，衰減很快，并且可以穩(wěn)定大約幾個周期。在變壓器較大的情況下，起動磁化電流緩慢衰減，衰減時間可以是幾十秒。由于三個變壓器相隔120°，變壓器的剩余磁化強度足以影響變壓器的正常工作。當(dāng)變壓器在沒有負載的情況下閉合時，不能監(jiān)測主變壓器的三相電壓的幅度，并且閉合時的電壓為零。啟動電流磁化是最大的。對于三相變壓器，過流保護或變壓器差動保護可能會發(fā)生動作。在啟動設(shè)備之前，對變壓器進行了預(yù)防性測試。直流電阻的測試導(dǎo)致變壓器繞組中的剩磁。當(dāng)測試對直流電阻的電阻時，選擇高壓側(cè)為10A的電流，測試為10分鐘，選擇低壓側(cè)為40A的電流，測試為25分鐘。由于電流選擇很大，測試時間相對較大，這導(dǎo)致變壓器繞組中的大的殘余電感。當(dāng)變壓器充電時，主變壓器的鐵芯飽和，產(chǎn)生大的起動磁化電流，從而保護發(fā)電機組。

3 結(jié)束語

通過分析變壓器的差動保護效應(yīng)，可以了解變壓器剩磁對變壓器保護的影響，提出有效消除和減少變壓器剩磁的措施，提高設(shè)備安全穩(wěn)定運行的可靠性。