变压器剩磁引起主变差动保护动作分析

张永龙 安福旺

摘 要：变压器大量剩磁导致变压器差动保护动作，通过差动保护动作波形图，分析变压器剩磁对变压器励磁涌流的影响，正确判断变压器差动保护动作原因，提出防止变压器剩磁有效防范措施，提高保护设备的安全稳定运行水平。

关键词：变压器；剩磁；励磁涌流；差动保护

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.185

1 引言

变压器是电力系统中重要电气设备之一，它主要用于将低电压转变成高电压或将高电压转变成为低电压，它是根据电磁感应原理制造而成的一种静止电器。变压器励磁涌流是由于变压器充电时，铁芯磁饱和而产生的，最大可达到变压器额定电流的6～8倍。目前，为了防止励磁涌流造成变压器保护误动作，主要采用变压器保护中二次谐波制动和判别励磁涌流间断角的方法来实现。大型变压器在预防性试验后，由于试验设备操作不当或操作流程不规范，造成变压器铁芯内存在大量剩磁，大量的变压器剩磁将会使励磁涌流变大，造成变压器保护误动作的几率就变大。本文通过对一起变压器差动保护动作事件的分析，说明变压器剩磁对变压器保护动作的影响，同时给出消除和减少变压器剩磁的方法。

2 系统简况

某厂220kV升压站系统采用双母线接线方式，发电机采用单元机组接线，发变组保护采用双套保护装置配置，均采用四方CSC-300G保护装置。发变组保护动作前系统运行图如图1所示。

3 故障情况

2017年3月21日，某发电机组启动准备并网，08时46分35秒，发电机转速保持3000r/min，启动发电机励磁系统，启动后发变组保护A、B柜保护装置均动作，励磁系统灭磁开关跳闸，主汽门关闭。

4 保护动作分析及检查

（1）动作值分析。查看保护装置动作信息，动作时，发变组保护A柜显示C相差动电流为0.1836A，制动电流为0.0625A；发变组保护B柜显示C相差动电流为0.1914A，制动电流为0.0664A。主变差动保护定值为：差动启动电流为0.17，K1=0.2，K2=0.5，K3=0.7，二次谐波制动比为0.15。经过计算核查，实际动作电流均大于理论计算所得动作电流0.1825A，而变压器二次谐波含量未达到0.15，所以保护正确动作。

（2）现场检查及保护动作行为分析。保护动作后用红外成像仪对主变进行了测温检查，未发现温度升高的区域，同时，主变在发生单相接地或相间短路时，故障相的电流会变大而对应相的电压会降低，但此次保护动作时仅有电流变化而发电机电压均正常，可排除主变单相接地或相间短路故障。本次机组启动前对主变套管漏油进行了处理，处理后对变压器进行全部预防性试验（包括直流电阻测试）和绝缘测试，试验均合格。检查主变油分析报告，于2017年2月油色谱试验报告中发现乙炔含量为0.4ppm，低于注意值5ppm，如主变内部有放电现象，主变的轻、重瓦斯均会有所表现，而此次保护动作后检查主变的轻、重瓦斯均未出现异常，可排除主变内部放电故障。根据主变差动保护原理，主变差动保护所用电流取自发电机机端CT、主变高压侧开关CT和高厂变高压侧CT，保护动作时仅发电机机端CT出现电流，而主变高压侧开关CT和高厂变高压侧CT均无电流，可以判定保护装置和故障录波器内显示的电流真实地反应了电气一次设备的状态。发电机定子电流A、B、C三相电流都包含大量的非周期分量，并且电流均偏于时间轴一侧，电流量包含大量的高次谐波分量，电流波形出现间断角，这些特点均符合变压器励磁涌流特点，由于磁涌流数值大、时间长，造成主变差动保护二次谐波闭锁不成功，差动保护出口，所以判定本次保护动作应为变压器励磁涌流所致。

（3）变压器励磁涌流与变压器剩磁关系。变压器绕组中的励磁电流和磁通的关系由磁化特性所决定，变压器铁芯越饱和，产生一定的磁通所需的励磁电流就越大。由于在最不利的合闸瞬间，铁芯的饱和情况将非常严重励磁电流的数值也随之大大增加，可以比变压器的空载电流大100倍左右，在不考虑绕组电阻的情况下，电流的峰值出现在合闸后半周的瞬间。但是，由于绕组具有电阻性，这个电流会随时间衰减。对于容量较小的变压器衰减得快，约几个周波即可以达到稳定，而较大型的变压器而言，励磁涌流衰减得较慢，衰减持续时间可达几十秒。变压器绕组中出现剩磁时，合闸后所产生的磁通和剩磁极性相同时，则变压器绕组中的总磁通就会随着电压的升高而增加，从而励磁涌流也会随之增加，如果合闸后所产生的磁通和剩磁極性相反，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而减小，从而削弱了励磁涌流。由于变压器三相互差120°，变压器的铁芯剩磁达足到影响变压器正常工作时，变压器空载合闸瞬间，主变三相电压的幅值无法控制，合闸瞬间电压为零的一相励磁涌流最大。对于三相变压器就可能出现过电流保护动作或变压器差动保护动作。在本次机组启动前，对变压器进行了预防性试验，其中直流电阻测试使变压器绕组中产生剩磁，在直流电阻测试中，高压侧选取10A电流，10min测试，低压侧选取40A电流，25min测试，由于选取电流较大，测试时间比较长，造成了变压器绕组中出现大量剩磁，变压器充电时，主变铁芯饱和从而产生较大的励磁涌流，引起发变组保护动作。

5 防范措施

（1）减小直流电阻试验电流值及试验时间。在变压器试验时应尽量降低施加电流值，可使用助磁法进行直流电阻测量，把高、低压绕组串联起来，选用较小的电流就使铁芯饱和，缩短测试时间，达到快速测试的目的，从而减小铁芯中的剩磁。

（2）将励磁系统改为手动调节方式，缓慢升高发电机机端电压，以达到检查发变组系统和主变压器去磁的目的，观察发变组运行参数正常，主变差动电流正常后，将励磁系统投入自动方式进行励磁系统自动升压，防止变压器出现较大的励磁涌流。

6 结束语

通过分析本起变压器差动保护动作案例，了解了变压器剩磁对变压器保护的影响，从而提出有效地消除和减少变压器剩磁措施，提高设备安全稳定运行的可靠性。

参考文献：

[1]张雪松，何奔腾.基于误差估计的变压器励磁涌流识别原理[J].中国电机工程学报，2005.

[2]王维俭.发电机变压器继电保护应用[M].北京：中国电力出版社，

1998.

[3]李广军.大型变压器剩磁对重瓦斯保护的影响和剩磁的消除[G].全国火电大型机组竞赛第十届年会论文集，北京：2007.