淺談勵(lì)磁涌流抑制器在大型變壓器中的應(yīng)用

摘要：鐵芯磁通飽和是變壓器產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的主要原因。大型變壓器在合閘充電時(shí)，由于其電感特性疊加合閘初相角的不確定性，將使充電合閘瞬時(shí)值電流高達(dá)變壓器額定電流的7～9倍，對(duì)電氣一次設(shè)備造成危害的同時(shí)，繼電保護(hù)裝置也有可能誤動(dòng)。鑒于此，從勵(lì)磁涌流生成原因出發(fā)，結(jié)合SID-3YL微機(jī)涌流抑制器工作原理，通過某電廠投產(chǎn)過程中#4主變五次沖擊合閘試驗(yàn)，淺談勵(lì)磁涌流抑制器在大型變壓器中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁涌流;勵(lì)磁涌流抑制器;大型變壓器

中圖分類號(hào)：TM77" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2024）24-0023-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.24.006

0" " 引言

某電廠一期現(xiàn)有3套390 MW級(jí)燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，220 kV升壓站為雙母帶母聯(lián)主接線，共有4條220 kV出線;二期建設(shè)2×670 MW（H型）燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組，兩臺(tái)機(jī)組（#4、#5）的電氣主接線采取發(fā)電機(jī)-主變壓器組，接線方式為接入220 kV升壓站母線，220 kV升壓站為雙母帶母聯(lián)主接線，共有3條220 kV出線，該3條線路暫未建成;一、二期母線之間設(shè)置分段開關(guān)，整體形成雙母雙分段主接線型式。#4、#5主變壓器為三相雙繞組強(qiáng)油風(fēng)冷無(wú)激磁調(diào)壓變壓器，額定容量790 MVA，額定電壓230/22 kV。220 kV站內(nèi)接線圖如圖1所示。

二期#4、#5主變壓器分別配置SID-3YL微機(jī)涌流抑制器，通過相位控制技術(shù)精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了對(duì)操作過電壓和涌流的有效抑制，在投退空載變壓器時(shí)對(duì)系統(tǒng)沖擊最小。

1" " 勵(lì)磁涌流形成原因

勵(lì)磁涌流（Excitation Inrush Current）的形成可從磁鏈?zhǔn)睾愣煞治觯哼B接在同一回路中的所有電感磁鏈在換路瞬間守恒，即換路后一瞬間所有電感磁鏈的代數(shù)和等于換路前一瞬間該回路中所有電感磁鏈的代數(shù)和。當(dāng)變壓器斷電時(shí)，變壓器繞組的磁路中仍存在剩余磁通，稱為剩磁（Remanence），剩磁大小取決于斷路器分閘瞬間的相位角。當(dāng)變壓器空載狀態(tài)下充電時(shí)，其一次側(cè)和二次側(cè)的繞組電壓突增，產(chǎn)生了新的磁通，同時(shí)也造成該側(cè)繞組出現(xiàn)相反的磁通，稱為偏磁（Magnetic Bias），該磁通與新磁通大小相等、極性相反，相互抵消，在抵消過程中，可能會(huì)出現(xiàn)鐵芯磁通過度飽和的情況，使得建立磁通的電流值急劇增大，導(dǎo)致涌流值也相應(yīng)地急劇增大[1]。隨著變壓器充電過程結(jié)束，其磁通變得相對(duì)穩(wěn)定，磁路中便建立起了穩(wěn)態(tài)磁通。

2" " SID-3YL微機(jī)涌流抑制器對(duì)空載變壓器的控制方式

分合閘控制方式有七種：隨機(jī)、單開入快速同步、單開入正常同步、單開入可靠同步、雙開入快速同步、雙開入正常同步、雙開入可靠同步。

1）隨機(jī)方式：不按涌流抑制方式控制，收到分合閘啟動(dòng)信號(hào)即出口。

2）快速同步：?jiǎn)?dòng)信號(hào)電平變化后，為配合快切設(shè)備，裝置進(jìn)行的快速操作。

3）正常同步：?jiǎn)?dòng)信號(hào)電平變化后，裝置按設(shè)置角度進(jìn)行操作。

4）可靠同步：?jiǎn)?dòng)信號(hào)為一個(gè)有效脈沖（脈寬20 ms～5 s），裝置按設(shè)置角度進(jìn)行操作。

5）同步轉(zhuǎn)隨機(jī)控制：?jiǎn)?dòng)信號(hào)電平變化后，如電源側(cè)電壓正常（頻率及幅值滿足條件）則裝置按設(shè)置角度進(jìn)行操作，如電源側(cè)電壓幅值或頻率異常則自動(dòng)轉(zhuǎn)入隨機(jī)方式操作。

3" " SID-3YL微機(jī)涌流抑制器對(duì)空載變壓器的控制策略

為實(shí)現(xiàn)較好的涌流抑制效果，在斷路器分合閘性能較好的前提下，從工程上SID-3YL微機(jī)涌流抑制器解決了以下問題。

3.1" " 分閘過程中的剩磁控制

根據(jù)圖2（a）磁場(chǎng)-電流曲線，三相變壓器失電后，磁感應(yīng)強(qiáng)度從B0先是降至B′，再緩慢達(dá)到Br;另外，根據(jù)圖2（b）磁場(chǎng)-時(shí)間曲線，三相變壓器失電一定時(shí)間后，磁感應(yīng)強(qiáng)度從B′減至Br后不變，即變壓器解列后，理想情況下其剩磁將保持長(zhǎng)期不變，不會(huì)自行消失。

SID-3YL微機(jī)涌流抑制器通過監(jiān)測(cè)電源電壓波形，在變壓器解列時(shí)控制分閘時(shí)刻，獲取其電壓相位，便可控制剩磁的大小和極性。

3.2" " 合閘過程中的偏磁控制

斷路器在合閘過程，暫態(tài)電壓最大的瞬間，對(duì)應(yīng)的磁通正好為零，即在鐵芯里最初就建立起穩(wěn)態(tài)磁通，此時(shí)合斷路器涌流最小;反之，在電壓過零點(diǎn)瞬間，斷路器合閘，暫態(tài)電壓最小，鐵芯磁通飽和，涌流最大。考慮到變壓器剩磁情況，SID-3YL微機(jī)涌流抑制器利用該特點(diǎn)，控制下次空投變壓器時(shí)的合閘初相角，使得產(chǎn)生的偏磁與剩磁極性相反、大小相等，恰好避免了磁路飽和現(xiàn)象。

3.3" " 三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)斷路器操作可行性

該SID-3YL微機(jī)涌流抑制器有對(duì)分相操作斷路器分合閘控制功能和聯(lián)動(dòng)操作斷路器分合閘控制功能。采用不同的斷路器控制、分合閘控制方式及分合閘角度對(duì)應(yīng)的不同效果如表1所示。

由于電力操作規(guī)程中禁止采用非全相運(yùn)行方式進(jìn)行分時(shí)分相操作，該廠#4、#5主變高壓側(cè)采用220 kV平高東芝三相機(jī)械聯(lián)動(dòng)式開關(guān)。對(duì)于大型三相變壓器來(lái)說(shuō)，勵(lì)磁涌流抑制裝置投入必須考慮利用剩磁對(duì)勵(lì)磁涌流的影響。由于斷路器三相合閘初相角αA、αB、αC固定相差120°，因此三相剩磁及偏磁極性均分別各相差120°，即A、B、C三相的剩磁和偏磁均恰好互相抵消，滿足對(duì)三相勵(lì)磁涌流的抑制。

4" " SID-3YL微機(jī)涌流抑制器現(xiàn)場(chǎng)配置

SID-3YL微機(jī)涌流抑制器設(shè)置在二期220 kV升壓站繼保室，#4主變和#5主變分別配置一套，通過“經(jīng)3YL/不經(jīng)3YL”選擇把手實(shí)現(xiàn)涌流抑制器上電、斷電功能，啟動(dòng)對(duì)應(yīng)斷路器分合閘壓板實(shí)現(xiàn)對(duì)主變高壓側(cè)開關(guān)2204和2205分合閘控制。

主變停送電前如需投入勵(lì)磁涌流抑制器，則需要將“經(jīng)3YL/不經(jīng)3YL”選擇開關(guān)切至“經(jīng)3YL”。

5" " SID-3YL微機(jī)涌流抑制器投入狀態(tài)下對(duì)#4主變五次沖擊合閘波形對(duì)比

國(guó)標(biāo)GB 50150—2006《電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》[2]7.0.15規(guī)定：“在額定電壓下對(duì)變壓器的沖擊合閘試驗(yàn)，應(yīng)進(jìn)行5次。”在變壓器首次投入無(wú)法提供準(zhǔn)確分合閘時(shí)間的情況下，可使用裝置內(nèi)部提供的分合閘時(shí)間檢測(cè)功能及錄波功能現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試獲得。變壓器首次投運(yùn)時(shí)，在斷路器分合閘時(shí)間較為穩(wěn)定的前提下，應(yīng)充分利用這5次沖擊合閘機(jī)會(huì)獲取錄波，每次分合閘該裝置將對(duì)分合閘角度進(jìn)行修正，以實(shí)現(xiàn)對(duì)斷路器分合閘角度的精確控制。圖3、圖4為#4主變沖擊合閘相關(guān)波形圖。

通過觀察#4主變第一次和第五次沖擊合閘相關(guān)波形圖可知，受控側(cè)電流逐次呈下降趨勢(shì)，以IA為例，在合閘啟動(dòng)瞬間，5次沖擊合閘受控側(cè)電流為109.255 A→17.106 A→7.199 A→-1.760 A→-1.917 A。可見，SID-3YL微機(jī)涌流抑制器對(duì)涌流抑制效果明顯。

6" " 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合國(guó)內(nèi)某（H型）燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組新投入主變5次全電壓沖擊合閘試驗(yàn)，從勵(lì)磁涌流原理出發(fā)，分析了勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因，在勵(lì)磁涌流抑制器上運(yùn)用剩磁與偏磁互補(bǔ)原理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)勵(lì)磁涌流的抑制，提高了電氣設(shè)備運(yùn)行可靠性，對(duì)電力系統(tǒng)有深遠(yuǎn)影響。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 甘捷，邱天友.變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生原因及解決方法[J].東北電力技術(shù)，2021，42（2）：44-46.

[2] 電氣裝置安裝工程 電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50150—2006[S].