變壓器勵(lì)磁涌流引起的線路保護(hù)誤動(dòng)作分析

賀欣 張應(yīng)田 王偉 胡振彬

摘 要：勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障的可靠鑒別是實(shí)現(xiàn)變壓器差動(dòng)保護(hù)的關(guān)鍵問(wèn)題，直接制約著變壓器差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作率?；诖耍疚慕榻B了一起因變壓器勵(lì)磁涌流引起的220kV輸電線路保護(hù)誤動(dòng)作，并結(jié)合錄播圖分析了故障原因，提出了合理化建議。

關(guān)鍵詞：變壓器;勵(lì)磁涌流;線路保護(hù);誤動(dòng)作

中圖分類(lèi)號(hào)：TM772 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）14-0074-02

Analysis of Line Protection Caused by Transformer Inrush Current

HE Xin1 ZHANG Yingtian1 WANG Wei2 HU Zhenbin3

（1.Tianjin Electric Power Technology Development Co.， Ltd.，Tianjin 300384;2.State Grid Tianjin Electric Power Company Electric Power Research Institute，Tianjin 300384;3.State Grid Shandong Electric Power Company Licheng District Power Supply Company of Jinan City，Jinan shandong 250100）

Abstract： Reliable identification of magnetizing inrush current and internal fault is the key problem to realize transformer differential protection， which directly restricts the correct action rate of transformer differential protection. Therefore， this paper introduced an incorrect operation of 220kV transmission line protection caused by transformer inrush current， analyzed the causes of the faults combined with the recorded and broadcast maps， and put forward reasonable suggestions.

Keywords： transformer;inrush current;line protection;misaction

大型電力變壓器空載合閘時(shí)，由于鐵心的非線性飽和特性，可能產(chǎn)生很大的勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流的幅值主要受合閘角度和鐵心剩磁水平影響，一般會(huì)達(dá)到變壓器額定電流的6～8倍，有時(shí)會(huì)造成繼電保護(hù)誤動(dòng)作和變壓器跳閘，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致線圈變形[1]，也可能影響供電質(zhì)量，并對(duì)負(fù)荷設(shè)備或供電安全造成不利影響[2，3]。因此，本文分析了變壓器勵(lì)磁涌流引起的輸電線路保護(hù)誤動(dòng)作故障，并提出了一些合理化建議。

1 故障經(jīng)過(guò)

某220kV用戶(hù)2#變壓器空載送電過(guò)程中，電源側(cè)220kV變電站出線2218開(kāi)關(guān)光纖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，2218開(kāi)關(guān)三相跳閘，重合閘動(dòng)作且重合良好。電氣連接圖如圖1所示。

1.1 保護(hù)動(dòng)作情況

220kV變電站側(cè)：220kV出線2218開(kāi)關(guān)配置雙套線路光纖差動(dòng)保護(hù)，分別為國(guó)電南自PSL603和南瑞繼保RCS931;南瑞繼保RCS931的電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，107ms出口動(dòng)作;國(guó)電南自PSL603保護(hù)未動(dòng)作。

220kV用戶(hù)側(cè)：220kV線路2211開(kāi)關(guān)配置雙套線路光纖差動(dòng)保護(hù)，分別為國(guó)電南自PSL603和南瑞繼保RCS931;南瑞繼保RCS931的電流差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，保護(hù)動(dòng)作燈亮。

1.2 故障錄播圖

變電站側(cè)和用戶(hù)側(cè)故障錄波器所記錄的電壓錄波圖顯示220kV電壓正常，記錄的電流錄播圖分別如圖2和圖3所示。由電流錄波圖可以看出，線路電流波形有間斷角、偏向時(shí)間軸一側(cè)且含有大量二次諧波，符合勵(lì)磁涌流特性，判斷線路電流為用戶(hù)變壓器空載合閘產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流。

用戶(hù)側(cè)電流波形記錄勵(lì)磁涌流特性正常，經(jīng)過(guò)8個(gè)周波消失（2218開(kāi)關(guān)跳閘）。其中，A相一次電流最大值1 806A（瞬時(shí)值），C相一次電流最大值2 140A（瞬時(shí)值）。但是，變電站側(cè)A、C相勵(lì)磁涌流波形經(jīng)過(guò)2個(gè)周波后，急劇衰減，幅值降低。線路兩側(cè)電流不一致導(dǎo)致差流產(chǎn)生，二次值為2.18A（定值為2A），導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作。從錄播圖可以初步判斷為A、C相勵(lì)磁涌流經(jīng)過(guò)2個(gè)周波后CT飽和導(dǎo)致波形衰減。

2 故障分析

產(chǎn)生上述飽和電流波形的原因可能是CT本身飽和或保護(hù)二次小CT飽和?？紤]到變電站側(cè)雙套保護(hù)及故障錄波器均記錄到相同的電流波形，而故障錄波器與RCS931共用一組CT二次繞組，PSL603單獨(dú)一組CT二次繞組。此外，變電站側(cè)與用戶(hù)側(cè)電流大小相同，兩側(cè)保護(hù)裝置采用同一批次的二次小CT，但只有變電站側(cè)出現(xiàn)飽和波形，可以初步判斷是CT本體A、C相發(fā)生飽和。

由于變壓器合閘勵(lì)磁涌流中存在較大的非周期分量（直流分量），這部分非周期分量會(huì)導(dǎo)致電流互感器鐵心飽和，影響電流互感器的傳變特性，進(jìn)而對(duì)輸電線路保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生影響[4]。當(dāng)CT鐵心不飽和時(shí)，CT的勵(lì)磁阻抗數(shù)值很大且基本不變，勵(lì)磁電流很小;當(dāng)CT一次電流增大后，尤其是一次電流含有較大直流分量，鐵心開(kāi)始飽和，勵(lì)磁阻抗迅速下降，勵(lì)磁電流增加。當(dāng)流入CT的一次電流大到一定程度后，CT鐵心進(jìn)入飽和狀態(tài)，感應(yīng)到CT二次側(cè)的電流變小，而CT勵(lì)磁電流增大，實(shí)際上是由于勵(lì)磁阻抗減少時(shí)勵(lì)磁回路分流作用加大引起。當(dāng)CT嚴(yán)重飽和時(shí)，勵(lì)磁阻抗急劇減少至接近零，一次電流全部變成勵(lì)磁電流，二次電流幾乎接近于零。因此，當(dāng)變壓器勵(lì)磁涌流較大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電流互感器鐵心深度飽和，使電流互感器二次電流迅速下降，完全改變了電流互感器的傳變特性。

變電站側(cè)RCS931保護(hù)動(dòng)作跳閘，PSL603保護(hù)未動(dòng)作。經(jīng)分析，RCS931差動(dòng)保護(hù)無(wú)電壓判據(jù)功能，僅判斷電流大小，CT飽和后導(dǎo)致差流產(chǎn)生，保護(hù)動(dòng)作。PSL603差動(dòng)保護(hù)具備電壓判據(jù)功能，電壓正常時(shí)閉鎖，保護(hù)未動(dòng)作。

經(jīng)以上綜合分析，用戶(hù)側(cè)變壓器合閘送電，變電站側(cè)2218開(kāi)關(guān)A、C相CT發(fā)生飽和，導(dǎo)致兩側(cè)產(chǎn)生差流，RCS931差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳閘。

3 合理化建議

①研究含有直流分量的工頻交流電壓源激勵(lì)方式，提出勵(lì)磁電流上下半波對(duì)稱(chēng)度實(shí)時(shí)測(cè)量方法和半波直流電流自動(dòng)調(diào)節(jié)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)變壓器剩磁快速完全消除。

②分析變壓器剩磁程度與鐵心磁化曲線的關(guān)聯(lián)關(guān)系，研究基于小信號(hào)斜率映射的變壓器剩磁檢測(cè)與評(píng)估方法，提出伏安曲線擬合、波形對(duì)稱(chēng)度、諧波含量比對(duì)等多維度剩磁含量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

③建立基于鐵心磁滯曲線自動(dòng)擬合的變壓器剩磁-分閘角模型，定量分析不同聯(lián)結(jié)組別下的分閘角度與剩磁關(guān)系，確定變壓器空載合閘試驗(yàn)過(guò)程中的最優(yōu)分閘角度。

④針對(duì)天津電網(wǎng)變壓器空載合閘實(shí)際情況，提出“以空載合閘前剩磁消除和精準(zhǔn)評(píng)估為基礎(chǔ)，空載合閘過(guò)程中采用選相分合閘技術(shù)”的勵(lì)磁涌流抑制策略，分析涌流抑制措施可能出現(xiàn)的負(fù)面影響和應(yīng)對(duì)手段，盡可能消除對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的影響。

⑤搭建10kV變壓器空載合閘實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，驗(yàn)證涌流抑制策略的有效性并為相關(guān)理論研究提供試驗(yàn)論證支撐;選取天津電網(wǎng)220kV變電站開(kāi)展試點(diǎn)應(yīng)用，形成變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流抑制措施實(shí)施規(guī)范。

參考文獻(xiàn)：

[1] STEURER M，F(xiàn)ROHLICH K. The Impact of Inrush Currents on the Mechanical Stress of High Voltage Power Transformer Coils[J].IEEE Transaction Power Delivery，2002（1）：155-160.

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[3]鄭彬，班連庚，周佩朋，等.合閘750kV空載變壓器引起系統(tǒng)電壓暫降現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與計(jì)算分析[J].電網(wǎng)技術(shù)，2012（9）：203-208.