變壓器空投時勵磁涌流引起差動保護(hù)動作的分析

張建軍

摘要：電力變壓器空載投入電網(wǎng)或外部故障切除后電壓恢復(fù)時，由于變壓器鐵芯磁通飽和及鐵芯材料的非線性特征，會產(chǎn)生相當(dāng)大的勵磁涌流，變壓器勵磁涌流可達(dá)額定電流的2-8倍。勵磁涌流對變壓器本身不應(yīng)造成危害，但在某些情況下能造成電壓波動，如不采取相應(yīng)措施，可能使變壓器過電流或差動等繼電保護(hù)誤動作。近年來，電力系統(tǒng)的大容量變壓器不斷投產(chǎn)，對變壓器保護(hù)的可靠性和快速性提出了更高的要求。本文就如何躲開變壓器勵磁涌流的影響，提高變壓器可靠運(yùn)行以及改善電力系統(tǒng)的供電質(zhì)量提出了有效的應(yīng)對措施。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；變壓器；空投；勵磁涌流

0引言

當(dāng)變壓器高低壓側(cè)都有電源時，為避免變壓器充電時因勵磁涌流產(chǎn)生較大的電壓波動，一般采用離負(fù)載較遠(yuǎn)的高壓側(cè)充電，然后低壓側(cè)并列的操作方法。變壓器充電時，由于一側(cè)有很大的勵磁電流，另一側(cè)無電流，故而使變壓器差動保護(hù)誤動作。三相變壓器充電時，每相電流電壓瞬時值不同，故勵磁電流亦不會相同。合閘瞬間電壓為零或最小的相，涌流最大。

1勵磁涌流特點(diǎn)

①偏向于時間軸一側(cè)，即涌流中含有很大的直流分量；②波形是間斷的，且間斷角很大，一般大于120°，含有豐富的高次諧波成分，其中以二次諧波分量為主；③由于波形間斷，使其在一個周期內(nèi)正半波與負(fù)半波不對稱：勵磁涌流具有衰減特性，初始可以達(dá)到變壓器額定電流的2～8倍，衰減得很快。一般經(jīng)過0.5-1s后，其值通常不超過0.25～0.5倍的額定電流，對于大容量變壓器，其全部衰減時間可能達(dá)到幾十秒。

2勵磁涌流抑制

目前對變壓器勵磁涌流的抑制方法主要有三種：第一是串聯(lián)電阻，第二是在變壓器低壓側(cè)并聯(lián)電容器，第三是控制三相開關(guān)的合閘時間。其中第一、第二種需要附屬設(shè)備，第三種由于現(xiàn)場條件的因素操作人員無法控制。

3勵磁涌流識別

為了防止變壓器差動保護(hù)誤動作，必須對變壓器勵磁涌流與內(nèi)部短路電流進(jìn)行鑒別，目前運(yùn)用的有二次諧波制動、高次諧波制動、間斷角、波形對稱原理等。而在實際系統(tǒng)運(yùn)用中多為諧波制動和波形對稱原理。由于開關(guān)合閘三相不同期，可能產(chǎn)生零序勵磁涌流。又由于勵磁電流的非線性，故三相的勵磁電流之和不能為零，而產(chǎn)生零序涌流。此外由于電流互感器的非線性，也會在二次回路中，產(chǎn)后零序電流，故在必要時應(yīng)校驗有關(guān)零序保護(hù)是否會誤動作。

4差動保護(hù)原理

①二次諧波原理差動保護(hù)：一種比較成熟的涌流閉鎖原理，在傳統(tǒng)保護(hù)及微機(jī)保護(hù)中都有廣泛的應(yīng)用。采用或門閉鎖邏輯，任一相二次諧波含量大于15%即閉鎖三相差動，所以空投時的可靠性較高。不足之處是當(dāng)空投于故障時，由于涌流的影響保護(hù)可能會延遲動作。如當(dāng)空投于引線金屬性單相接地故障時，非故障相差流的二次諧波含量可能會較大，從而使保護(hù)延時出口。但是，也有很多原因影響二次諧波含量，如：剩磁的大小、等值阻抗、合閘初相角、鐵芯材料、鐵芯結(jié)構(gòu)等。若二次諧波含量Ida2/Idal≥K（K為諧波制動系數(shù)，一般取0.15-2），閉鎖差動保護(hù)。

②波形對稱原理差動保護(hù)：故障時，差流基本上是工頻正弦波，而勵磁涌流時，有大量的諧波分量存在，波形發(fā)生畸變、間斷、不對稱。采用分相閉鎖邏輯，本相涌流判據(jù)只閉鎖本相差動。相對于或門閉鎖方式，保護(hù)在空投于故障時能瞬時動作。因為考慮了差流中所有的偶次諧波含量，所以在絕大多數(shù)正?？胀稌r，都可以有效地分相閉鎖差動保護(hù)，并同時保證空投于故障時保護(hù)的快速性。

③正常空投時保護(hù)的可靠性與空投于故障時保護(hù)的快速性之間始終是矛盾的。采用或門閉鎖邏輯，正?？胀稌r保護(hù)比較可靠；采用分相閉鎖邏輯，可保障空投于故障時保護(hù)的快速性。反過來講：采用或門閉鎖邏輯，空投于故障時保護(hù)可能會延遲動作：采用分相閉鎖邏輯，正?？胀稌r保護(hù)有可能會誤動。目前來說這是比較難以取舍的問題，只是由于發(fā)生機(jī)率的原因，現(xiàn)場更多地體現(xiàn)為分相閉鎖邏輯的裝置空投誤動的問題。

5勵磁涌流引起差動保護(hù)動作的分析

湖北黃石220kV四棵變#1主變空投時，波形對稱原理差動保護(hù)裝置CST143動作，二次諧波原理差動保護(hù)裝置CST141沒有動作?，F(xiàn)根據(jù)裝置動作數(shù)據(jù)分析如下：

5.1高壓側(cè)電流波形：

5.3差動電流數(shù)據(jù)（北京四方根據(jù)棵#1主變空投錄波數(shù)據(jù)上機(jī)分析）

具體數(shù)據(jù)見表1。

5.4數(shù)據(jù)分析

①差流基波：空投的三相差動電流幅值都大于動作門檻定值：

②二次諧波含量：A、B兩相的二次諧波含量在10%左右，小于15%的閉鎖門檻定值：C相的二次諧波含量40%左右，大于15%的閉鎖門檻定值，因為二次諧波原理差動保護(hù)為或門閉鎖、一相滿足閉鎖條件即閉鎖三相差動，所以閉鎖了差動保護(hù)。

③差流波形對稱度：A、B兩相的波形對稱度剛好大于動作門檻定值，因為波形對稱原理差動保護(hù)為分相閉鎖、本相涌流判據(jù)只閉鎖本相差動，所以A、B兩相差動保護(hù)動作出口：C相的波形對稱度小于動作門檻定值，所以閉鎖C相差動保護(hù)。

6結(jié)論

由于CT二次側(cè)的飽和及其他因素的作用，三相差流中仍可能會出現(xiàn)某一相或某兩相很對稱的波形，此時就很難與故障對稱波形進(jìn)行有效區(qū)分，就如本次故障的波形。當(dāng)然，很多時候這種對稱波形的產(chǎn)生，是由于變壓器本體在制造時有毛刺，在空投時產(chǎn)生放電所致；經(jīng)過放電，毛刺燒掉后，再空投變壓器就沒問題了，這時保護(hù)屬于正確動作。

7應(yīng)對措施

多年來人們對勵磁涌流采取的對策是“躲”，但由于勵磁涌流形態(tài)及特征的多樣性，通過數(shù)學(xué)或物理方法對其特征識別的準(zhǔn)確性難以提高，以致在這一領(lǐng)域里勵磁涌流已成為歷史性難題，并引發(fā)變壓器的差動保護(hù)裝置誤動，使變壓器的投運(yùn)失敗。針對此種情況，提出應(yīng)對措施如下：

①變壓器在空投時，引起差動保護(hù)誤動的機(jī)率雖然很低，但也有發(fā)生，黃石電網(wǎng)25臺220kV主變在空投時僅出現(xiàn)過兩次差動保護(hù)誤動，武漢、黃崗、宜昌供電公司也出現(xiàn)過一次差動保護(hù)誤動的情況，再空投變壓器時，全部成功。為了不影響變壓器的正常投運(yùn)，出現(xiàn)勵磁涌流引起差動保護(hù)誤動情況，通知專業(yè)人員到現(xiàn)場進(jìn)行分析時間的過程影響，運(yùn)行操作人員必須學(xué)會調(diào)取故障錄波圖，并進(jìn)行波形分析，準(zhǔn)確判斷是勵磁涌流還是故障電流。圖3、圖4為典型的故障和勵磁涌流波形圖。

②如果空投失敗，經(jīng)確認(rèn)變壓器無任何檢修工作和送電障礙物情況下，且檢查一、二次設(shè)備均無故障，并判斷是勵磁涌流引起，向公司領(lǐng)導(dǎo)和調(diào)度部門匯報許可后，可試送一次，若試送失敗，必須通知相關(guān)專業(yè)人員和部門負(fù)責(zé)人員到現(xiàn)場進(jìn)行詳細(xì)分析。

③運(yùn)行操作部門，應(yīng)將每次空投變壓器時的勵磁涌流錄波圖形和變壓器故障時的故障錄波圖形按站、設(shè)備單元以電子文檔形式集中、累計保存，以便日后出現(xiàn)變壓器空投差動保護(hù)誤動時進(jìn)行對照分析。

④出現(xiàn)空投失敗后，將錄波數(shù)據(jù)立即發(fā)送至公司生產(chǎn)副總、總工程師、主管部門科室、專業(yè)人員以便幫助盡快分析結(jié)果，采取應(yīng)對措施。嚴(yán)禁憑借運(yùn)行經(jīng)驗，且在無任何判別和分析依據(jù)情況下進(jìn)行第二次空投變壓器。

⑤若可能，建議生產(chǎn)廠家對保護(hù)裝置的錄波功能進(jìn)行版本升級，在錄波數(shù)據(jù)中體現(xiàn)出本裝置所采用的勵磁涌流閉鎖原理數(shù)據(jù)，如：諧波的含量和波形對稱度數(shù)據(jù)等，便于現(xiàn)場人員能直觀分析。endprint