一起220kV變電站主變勵(lì)磁涌流引起的保護(hù)動(dòng)作分析

摘要：針對一起220 kV變電站主變壓器在送電空充時(shí)發(fā)生勵(lì)磁涌流引起的保護(hù)動(dòng)作過程展開分析，確定為變壓器采用二次諧波制動(dòng)原理的主一保護(hù)和采用波形識(shí)別原理的主二保護(hù)勵(lì)磁涌流判別結(jié)果不同，導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作不同，可為發(fā)生同類故障時(shí)運(yùn)維同行快速分析原因提供參考。

關(guān)鍵詞：主變壓器;勵(lì)磁涌流;二次諧波;波形識(shí)別

0 引言

變壓器勵(lì)磁涌流是由于鐵芯的磁飽和產(chǎn)生的，當(dāng)變電站的主變壓器空載充電時(shí)，由于主變高、低壓繞組的電壓突然增加，在合閘后的1/4周期內(nèi)勵(lì)磁涌流迅速增大，持續(xù)數(shù)個(gè)周波后開始減弱，其最大值可達(dá)幾倍至十幾倍的額定電流[1]。目前，在實(shí)際的220 kV變電站中，主變保護(hù)廠家應(yīng)用比較多的勵(lì)磁涌流識(shí)別技術(shù)主要有以下兩種：

（1）二次諧波制動(dòng)法：即利用傅里葉變換，將波形分解成基波和諧波，由于其中二次諧波的含量較高，可將差流中的基波分量與二次諧波分量進(jìn)行對比，以區(qū)分勵(lì)磁涌流和故障電流。若二次諧波占比較大，則可以判定為勵(lì)磁涌流[2]。這種方法的缺點(diǎn)是，由于各主變制造工藝和材料的不同，二次諧波含量差別大，因此二次諧波制動(dòng)比很難選取。

（2）波形對稱法：通過比較差流中一個(gè)半個(gè)周期內(nèi)前后兩個(gè)半波之間是否對稱來判別勵(lì)磁涌流[3]。雖然勵(lì)磁涌流波形具有一定的規(guī)律，但實(shí)際判斷時(shí)，可能出現(xiàn)的波形涌流特征不是非常明顯，這時(shí)就會(huì)發(fā)生誤判。

由于勵(lì)磁涌流在變壓器實(shí)際啟動(dòng)充電過程中很容易引起保護(hù)裝置誤動(dòng)作，而220 kV及以上電壓等級的主變對供電可靠性要求很高，因此，分析不同的勵(lì)磁涌流保護(hù)原理在實(shí)際應(yīng)用中導(dǎo)致的動(dòng)作結(jié)果具有十分重要的意義。

1 原理與設(shè)計(jì)

1.1? ? 差動(dòng)保護(hù)原理

為了便于分析，本節(jié)以YD11接線的主變?yōu)槔M(jìn)行闡述。由于變壓器高、低壓側(cè)繞組接法不一樣，通常高壓側(cè)為Y接法，低壓側(cè)為△接法，因此，需要由軟件調(diào)整主變高、低壓側(cè)電流的相位來達(dá)到效果。主流采用的方法是用△→Y變換來調(diào)整兩側(cè)差流的平衡，這樣調(diào)整以后，可以更加方便地對涌流和故障進(jìn)行區(qū)分[4]。對于Y0/△-11的接線，各側(cè)電流做如下變換：

1.2? ? 勵(lì)磁涌流判別

1.2.1? ? 二次諧波制動(dòng)

保護(hù)裝置采用三相差動(dòng)電流中二次諧波、三次諧波的含量來識(shí)別勵(lì)磁涌流，判別方程如下：

若三相中某一相的差動(dòng)電流二、三次諧波大于整定值時(shí)，該差流即認(rèn)為是勵(lì)磁涌流，那么這一相的比率差動(dòng)元件將被可靠閉鎖。

1.2.2? ? 波形識(shí)別原理

這種方法是通過三相差流的波形發(fā)生畸變的程度來判別勵(lì)磁涌流。在發(fā)生故障時(shí)，主變兩側(cè)流過的差流是未發(fā)生畸變的正弦波;而當(dāng)空充主變發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí)，差流中含有非常多的諧波分量，這時(shí)波形不是對稱的正弦波，而是發(fā)生了畸變，是間斷、不對稱的。利用正弦波的對稱原理，即可識(shí)別出勵(lì)磁涌流。故障時(shí)，有如下表達(dá)式成立：

當(dāng)某一相不滿足以上表達(dá)式時(shí)，這一相的差動(dòng)電流就被判別為勵(lì)磁涌流，那么這一相的比率差動(dòng)元件將被可靠閉鎖。

2 某站變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作過程分析

某220 kV變電站#1主變壓器的本體型號為SFPSZ9-H-120000/220，生產(chǎn)廠家為ABB公司，容量為120 MVA。#1主變壓器差動(dòng)保護(hù)按照規(guī)程采用雙重化配置，分別為A、B兩套保護(hù)裝置。其中A套保護(hù)裝置使用的勵(lì)磁涌流判據(jù)為二次諧波制動(dòng)原理，B套保護(hù)裝置使用的勵(lì)磁涌流判據(jù)為波形識(shí)別原理。

2.1? ? 保護(hù)動(dòng)作過程

2020-11-02T22：48，220 kV某站空充#1主變，#1主變保護(hù)B差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口跳主變變高開關(guān)。

保護(hù)錄波圖顯示，#1主變變高開關(guān)2201合閘空充時(shí)，#1主變勵(lì)磁涌流導(dǎo)致#1主變保護(hù)B“比率差動(dòng)”動(dòng)作，跳三側(cè)開關(guān)，最大縱差電流為1.35 A（1.73Ie），故障相別為B相，動(dòng)作時(shí)間為102 ms。差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳2201開關(guān)。

現(xiàn)場檢查一次設(shè)備：#1主變本體無異常，油溫、油位均正常，無瓦斯氣體，兩側(cè)跳線及變低母線橋無異常;#1主變變高2201開關(guān)、#1主變變中1101開關(guān)及#1主變501開關(guān)無異常。

現(xiàn)場檢查二次設(shè)備：#1主變差動(dòng)保護(hù)“運(yùn)行”綠燈常亮，表示裝置運(yùn)行正常;保護(hù)動(dòng)作紅燈常亮，表示#1主變保護(hù)動(dòng)作;無裝置故障。

綜上所述，某站#1主變一次設(shè)備正常，二次設(shè)備正常。

2.2? ? 故障原因分析

#1主變在恢復(fù)送電過程中，空充主變時(shí)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，勵(lì)磁涌流最大值A(chǔ)相660 A（1.1 A）、B相828 A（1.38 A）、C相714 A（1.19 A）;#1主變保護(hù)B測得B相差流1.35 A（1.73Ie），大于差動(dòng)整定定值0.5Ie;主變保護(hù)B差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，快速切除變高2201開關(guān)。

由主變動(dòng)作電流故障錄波圖（圖1）可以看出，本次B相勵(lì)磁涌流沒有出現(xiàn)明顯的波形畸變、間斷，諧波分量小，涌流特征不明顯。

主變保護(hù)A采用二次諧波復(fù)合邏輯制動(dòng)原理。在差流涌流特征不明顯的情況下檢查原始電流的涌流特征，勵(lì)磁涌流閉鎖元件正確閉鎖，差動(dòng)保護(hù)不動(dòng)作。

而另外一套主變保護(hù)B采用波形識(shí)別分相制動(dòng)原理。主變保護(hù)B各相差流波形識(shí)別特征值與識(shí)別門檻（虛線）分別如圖2所示，啟動(dòng)后5 ms，B相差流的波形識(shí)別特征值最低接近0.1 A，小于識(shí)別門檻0.8 A。由于保護(hù)自適應(yīng)地采用浮動(dòng)的勵(lì)磁涌流門檻，空投初期比例差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)作。

隨時(shí)間推移，裝置內(nèi)部的增強(qiáng)閉鎖判據(jù)逐漸開放，B相差流的波形識(shí)別特征值仍然小于識(shí)別門檻，勵(lì)磁涌流閉鎖元件開放，最終導(dǎo)致B相比例差動(dòng)元件動(dòng)作跳閘。

2.3? ? 本次主變保護(hù)動(dòng)作結(jié)果

由于主變空投過程中，B相差流的波形畸變度一直低于門檻值，縱差保護(hù)動(dòng)作跳閘。鑒于本次勵(lì)磁涌流出現(xiàn)的特征及特點(diǎn)，判斷為主變保護(hù)A套保護(hù)正確不動(dòng)作，主變保護(hù)B套保護(hù)正確動(dòng)作。#1主變保護(hù)B差動(dòng)保護(hù)采用波形畸變識(shí)別勵(lì)磁涌流，而B相波形畸變不明顯導(dǎo)致制動(dòng)失敗，保護(hù)跳閘。

3 結(jié)語

本文分析了變壓器差動(dòng)保護(hù)基本原理以及常見的兩種勵(lì)磁涌流判據(jù)基本原理。通過一起典型的變壓器勵(lì)磁涌流誤動(dòng)事件說明了雙重化配置的兩套主變保護(hù)在發(fā)生勵(lì)磁涌流時(shí)，由于各自投入的勵(lì)磁涌流判據(jù)動(dòng)作原理不同，在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，特殊情況下會(huì)出現(xiàn)兩套主變保護(hù)動(dòng)作結(jié)果不一致的情況。本文的分析對實(shí)際運(yùn)維檢修過程中遇到該種情況有著重要的指導(dǎo)作用。

[參考文獻(xiàn)]

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[3] 顧春陽，王愛元，李健，等.一種有效抑制變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流的方法[J].變壓器，2015，52（11）：33-36.

[4] 唐菊生.基于二次諧波制動(dòng)的變壓器差動(dòng)保護(hù)的研究[D].淮南：安徽理工大學(xué)，2018.

收稿日期：2021-05-10

作者簡介：劉仲欽（1989—），男，廣東廣州人，碩士研究生，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)繼電保護(hù)。