干式變壓器勵磁涌流對線路保護定值的影響

聞登沈

摘要：變壓器在合閘瞬間會產生很大的勵磁涌流，而涌流中含有數值很大的高次諧波分量（主要是二次和三次諧波），相對于勵磁涌流，一般的短路故障電流所含的高次諧波的占比卻很小。為防止勵磁涌流過大導致合閘時誤動，大型的變壓器都配置有差動保護，而差動保護也要經過二次諧波制動的閉鎖，以此來判別是涌流還是故障。而對于容量較小的10kV干式變，一般只配置了比較簡單的線路保護，主要以過流保護為主，缺少了判別勵磁涌流的依據。因此，干式變送電時，由于勵磁涌流過大，偶爾會導致出線斷路器跳閘。由于數據中心干式變眾多，若是定值整定不當，很難及時恢復供電。本文將從實用的角度出發，重點分析如何設置定值，既能保證保護的靈敏性，又能躲開勵磁涌流，及時恢復供電。

關鍵詞：干式變壓器;勵磁涌流;保護裝置

引言：勵磁涌流是在變壓器送電時隨機產生的，很容易和故障電流混淆，為避免送電時合閘不成功，可以暫時將時間定值延長，躲開勵磁涌流。但是，假如發生嚴重短路故障，持續時間越長對設備越不利，因此在送電完成后，再將時間定值改為0，保證設備真正發生故障時，能迅速跳閘切除故障。

1.勵磁涌流產生的原因

如圖1所示，為磁通量與電壓關系圖。

圖1.磁通量與電壓關系圖：

通過實際調查發現，勵磁涌流的大小與合閘時系統電壓的初相角有關。當初相角為0時勵磁涌流最小，初相角為π2時勵磁涌流最大，間接證明了勵磁涌流導致的跳閘具有隨機性。

2.勵磁涌流和時間的關系

下面將以中國聯通德清云數據中心某臺10kV干式變因勵磁涌流過大導致的跳閘為例，來分析涌流大小和時間的關系。2018年Χ月Χ日某干式變送電，開關合上后又立刻跳開，經檢查變壓器并無異常，通過上級變電站的故障錄波分析波形，也無短路的跡象。從保護裝置上讀取的報文如圖表2所示：

圖表2.報文：

之后又將跳閘時的波形導出，并截取波形，如圖3所示。

圖3.波形圖：

通過以上圖表可以看出，開關合閘的瞬間勵磁涌流迅速達到最大值，之后也迅速衰減，直到開關跳開，電流的統計數據如圖表4所示（以C相為例）。

圖表4.統計結果：

該10kV干式變的保護定值為過流Ⅰ段（720A，0S），過流Ⅲ段（200A，0.4S），對照報文、波形及統計結果，不難發現開關合閘的一瞬間勵磁涌流立刻達到過流Ⅰ段的定值，使保護裝置動作[1]。大約21ms后，電流下降到410A，過流Ⅰ段動作返回，到80ms開關跳開，涌流消失。由于機房內變壓器都是一個型號，用該方法分析了其它因勵磁涌流導致保護裝置動作的現象，具有相似的結果。由此可以看出，勵磁涌流具有迅速增大又迅速減小的特點，且持續時間大約在50ms內。

3.調整定值使保護裝置避免誤動

如何避免保護誤動，假如將過流Ⅰ段的定值調整到880A以上，是否就可以避免了呢？答案是否定的。因為勵磁涌流的大小和合閘初相角有著緊密聯系，前面已經論證過，本次合閘的瞬間初相角也許接近于0，但是假如下次合閘初相角剛好為0，那么產生的勵磁涌流必然會>880A，因此調整電流定值的大小并不是最佳方案。最好的辦法是調整時間的整定值，由于機房內幾乎所有的變壓器勵磁涌流持續的時間不超過50ms，因此可以將時間定值設置為0.05S，以躲開涌流>720A持續的時間。修改時間定值后，給變壓器試送了幾次，都沒有發生再次跳閘的現象[2]。

結論：

簡而言之，數據中心一般都是給客戶提供服務器存放業務的重要場所，對供電的可靠性有很高的要求，同時它也有耗電量大等特點。因此，一般的數據中心會安裝眾多的10kV干式變，這樣既能滿足供電的可靠性，又能提供足夠的用電容量?？紤]到經濟性和實用性，許多干式變一般只配置了線路保護，如果定值整定不當，變壓器在合閘瞬間產生的勵磁涌流會導致斷路器跳閘。文章針對勵磁涌流對線路保護的影響，在保證設備安全運行的前提下，提出了保護整定所采取的措施。

參考文獻：

[1]張新美.大型變壓器勵磁涌流及其繼電保護解決方法[J].中國科技縱橫，2016（20）：166+168.

[2]許波，劉彥文，李明.變壓器勵磁涌流的危害及防治措施[J].吉林電力，2019（01）：52-54.