陳志勇

(廣東粵電大亞灣綜合能源有限公司，廣東惠州 516082)

0 引言

某廠一期為4×1 000 MW機(jī)組，發(fā)電機(jī)-變壓器采用單元接線，500 kV升壓站采用一個半斷路器接線，兩回出線，見圖1。500 kV第一串5011開關(guān)、5012開關(guān)、5013開關(guān)合環(huán)運(yùn)行，第二串5021開關(guān)、5022開關(guān)、5023開關(guān)合環(huán)運(yùn)行，第三串5031開關(guān)、5032開關(guān)處于運(yùn)行狀態(tài)，5033開關(guān)停電檢修，4號主變處于停電檢修狀態(tài)。4號機(jī)組停機(jī)檢修期間，電氣人員對5033開關(guān)、4號主變本體及二次回路進(jìn)行了檢修工作。

圖1 電氣主接線圖

1 勵磁涌流的產(chǎn)生和特點

1.1 勵磁涌流的產(chǎn)生原因

變壓器勵磁涌流是由變壓器鐵心飽和引起的。在鐵心不飽和時，鐵心磁化曲線的斜率很大，勵磁電流近似為零，一旦鐵心出現(xiàn)飽和，磁化曲線斜率變小，電流隨著磁通非線性增長，最終演變成勵磁涌流[1]。當(dāng)發(fā)生外部短路故障時，由于電源側(cè)母線電壓降低，勵磁電流將減小，對差動保護(hù)幾乎沒有影響；當(dāng)變壓器空載充電時或外部故障切除后電壓恢復(fù)過程中，特別是在電壓瞬時值為零時刻合閘時，變壓器鐵心中的磁通迅速增加，使鐵心瞬間飽和，這時會出現(xiàn)一個很大的沖擊電流，可達(dá)6～10倍的額定電流，通常稱為勵磁涌流[2]，見圖2。

圖2 勵磁涌流原理圖

1.2 勵磁涌流的特點

第一，勵磁涌流波形中含有很大的非周期分量，往往使涌流在最初的幾個周期內(nèi)偏向于時間軸的一側(cè)，并迅速衰減，一般經(jīng)0.5 s后，其值小于0.25～0.5倍額定電流[4]。

第二，勵磁涌流的波形存在間斷角。此間斷角對應(yīng)于鐵心工作在正常不飽和范圍，涌流對應(yīng)于飽和范圍。每個周期內(nèi)有120°～180°的間斷角，最小不低于80°～100°。

第三，勵磁涌流波形中含有大量的高次諧波，并且以二次諧波為主。

第四，勵磁涌流在初始階段數(shù)值很大，以后逐漸減小。

2 案例分析

2.1 事故情況

某廠4號主變生產(chǎn)廠家為保定天威保變電氣股份有限公司，規(guī)格型號為SFP-780000/500TH。4號主變配置兩套美國GE公司的T60保護(hù)裝置。按照機(jī)組檢修計劃，4號機(jī)組停機(jī)檢修，電氣人員對5033開關(guān)和4號主變的本體及二次回路進(jìn)行了檢修工作。完成檢修工作后，運(yùn)行人員向調(diào)度申請4號主變充電。運(yùn)行人員對4號主變進(jìn)行充電操作，當(dāng)合上4號主變5033開關(guān)對主變進(jìn)行充電瞬間，4號機(jī)第一套主變保護(hù)、第二套主變保護(hù)主變方向過流保護(hù)動作，5033開關(guān)跳閘。

2.2 原因分析

4號機(jī)組檢修期間，電氣人員曾對5033開關(guān)和4號主變本體和二次回路進(jìn)行檢修，并對4號主變保護(hù)裝置進(jìn)行保護(hù)定檢。保護(hù)定檢完成后，先后用第一套、第二套主變差動保護(hù)傳動5033開關(guān)，開關(guān)分合正常。傳動完成后，并未對發(fā)變組保護(hù)二次回路進(jìn)行任何工作。主變方向過流保護(hù)動作后，電氣人員隨即進(jìn)行了檢查。檢查5033開關(guān)未見異常，主變本體未見異常，4號機(jī)第一套主變保護(hù)裝置、第二套主變保護(hù)裝置主變方向過流保護(hù)動作，故障錄波裝置啟動。

見圖3錄波圖可知，2月27日18時16分27秒384毫秒，5033開關(guān)成功合閘，此時4號主變高側(cè)Ua、Ub、Uc相電壓正常，Ia、Ib、Ic相電流波形偏向時間軸的一側(cè)，其中Ib、Ic相電流最高達(dá)到0.731 A和0.930 A，大于主變方向過流保護(hù)整定值0.58 A，經(jīng)過543毫秒后，第一套主變方向過流保護(hù)、第二套主變方向過流保護(hù)動作，跳開5033開關(guān)。

圖3 主變方向過流保護(hù)錄波圖

從電流波形可看出，5033開關(guān)合閘瞬間，4號主變高側(cè)電流Ia、Ib、Ic相直流分量為0.167 A、0.164 A、-0.334 A；二次諧波含量為80.97%、80.78%、79.53%。經(jīng)過543毫秒后，Ua、Ub、Uc相電壓分別為4.574 V、1.623 V、3.591 V；Ia、Ib、Ic相電流分別為0.308 A、0.556 A、0.712 A；直流分量為-0.009 A、0.121 A、-0.186 A，二次諧波含量為74.38%、23.55%、29.26%。從電流波形來看，符合勵磁涌流的特征。

4號主變方向過流保護(hù)的整定值為0.58 A，延時0.5 s，方向指向主變，見表1。變壓器投入前鐵心中的剩余磁通與變壓器投入時工作電壓產(chǎn)生的磁通方向相同時，其總磁通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鐵心的飽和磁通量，因此產(chǎn)生極大的涌流。經(jīng)了解，4號主變停電檢修期間，試驗人員曾對主變進(jìn)行變壓器繞組直阻試驗，試驗人員為節(jié)約時間，采用了大電流進(jìn)行試驗。變壓器在進(jìn)行繞組試驗后，不可避免會產(chǎn)生剩磁，剩磁的多少取決于變壓器繞組通過直流電流的大小和時間長短。鐵心剩磁不僅會造成變壓器勵磁涌流大量增加，而且還會產(chǎn)生諧波電流，嚴(yán)重威脅設(shè)備的安全。試驗后雖進(jìn)行消磁，但是并沒有檢測消磁的效果以及變壓器剩磁的多少。

表1 主變方向過流保護(hù)定值

為了進(jìn)一步分析主變充電時的勵磁涌流，從故障錄波裝置分別調(diào)出了近兩年主變充電時的電流波形。

圖4為4號主變充電時的歷史錄波圖，從該波形圖可以看出，5033開關(guān)合閘后，主變高側(cè)三相電壓為正弦波，幅值分別為61.263 V、61.053 V、61.929 V，主變高側(cè)三相電流為0.226 A、0.336 A、0.146 A，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于主變方向過流保護(hù)的整定值。

圖4 4號主變充電時歷史錄波圖

主變方向過流保護(hù)作為主變及其附屬設(shè)備的后備保護(hù)，只有當(dāng)主保護(hù)拒動時，方向過流保護(hù)才會動作。查閱圖紙可知，主變差動保護(hù)整定值為0.2 A，該保護(hù)投2次諧波制動，制動系數(shù)為15%。從電流波形圖可以看出，5033開關(guān)合閘瞬間，主變高側(cè)三相電流的二次諧波制動分別為80.97%、80.78%、79.53%，主變高側(cè)方向過流保護(hù)動作時二次諧波分別為74.38%、23.55%、29.26%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于15%，導(dǎo)致主變差動保護(hù)因二次諧波制動而未動作。

通過以上分析可知，5033開關(guān)異常跳閘的根本原因是由于變壓器剩磁和勵磁涌流的疊加導(dǎo)致變壓器勵磁涌流異常增大，而主變差動保護(hù)因二次諧波制動而未動作，引起主變方向過流保護(hù)動作，最終導(dǎo)致5033開關(guān)異常跳閘。

3 處理方法

此次事故的根本原因為變壓器剩磁和勵磁涌流的疊加引起勵磁涌流異常增大導(dǎo)致5033開關(guān)跳閘。針對事故原因，從變壓器剩磁和勵磁涌流兩個方面來解決。

針對變壓器剩磁問題，對主變采用直流消磁法消除剩磁。在變壓器繞組兩端正向、反向分別加入直流電流，并按比例減小，以縮小鐵心的磁滯回環(huán)，來達(dá)到消磁的目的。為確保消磁效果，選用5 A和1 A電流檔位進(jìn)行反向反復(fù)沖擊消磁。

針對勵磁涌流問題，通過對主變方向過流保護(hù)定值進(jìn)行整定計算，查閱相關(guān)規(guī)程并咨詢專家，發(fā)現(xiàn)主變方向過流保護(hù)定值0.58 A、0.5 s不合理。為合理躲過勵磁涌流的影響，經(jīng)過重新的整定計算，將主變方向過流保護(hù)定值修改為0.66 A、2.5 s。

通過上述兩方面的措施，基本解決了主變剩磁和勵磁涌流的影響，主變空充正常。

4 預(yù)防措施

變壓器進(jìn)行繞組直阻試驗會產(chǎn)生一定的剩磁。主變空充時，不可避免會產(chǎn)生勵磁涌流，消除剩磁和勵磁涌流才是解決問題的根本方法。為避免主變充電時剩磁和勵磁涌流導(dǎo)致保護(hù)誤動作，建議采取如下技術(shù)和管理措施：

第一，在保留原來的主變方向過流保護(hù)的基礎(chǔ)上增加一個主變復(fù)壓過流保護(hù)，作為變壓器高側(cè)相間故障的后備保護(hù)。在兩套主變保護(hù)裝置分別增加一個主變復(fù)壓過流保護(hù)，復(fù)合電壓分別取主變低壓側(cè)電壓和主變高壓側(cè)電壓，兩者為或的關(guān)系；電流取主變高壓側(cè)電流。當(dāng)變壓器主保護(hù)拒動時，該保護(hù)可以作為后備保護(hù)有效切除故障，保護(hù)設(shè)備安全。

第二，變壓器繞組直阻試驗時，直流電阻測試電流檔位選擇小電流，高低壓側(cè)直阻試驗完成后，需交換極性對變壓器繞組再進(jìn)行一次充電，用其所產(chǎn)生的磁通抵消測試試驗時所產(chǎn)生的剩磁，必要時，反復(fù)進(jìn)行消磁，提高消磁效果。

第三，定期對發(fā)變組保護(hù)定值進(jìn)行整定計算。根據(jù)電氣設(shè)備的參數(shù)和實際情況，校核發(fā)變組保護(hù)定值的合理性。及時修訂不合理的定值，合理躲過勵磁涌流。

第四，加裝主變涌流抑制裝置，可以有效抑制主變充電時產(chǎn)生的勵磁涌流，避免保護(hù)誤動作[4]。

5 結(jié)語

變壓器進(jìn)行繞組直阻試驗會產(chǎn)生一定的剩磁；變壓器充電時，會產(chǎn)生勵磁涌流。通過采取一系列技術(shù)和管理措施，可以有效抑制或消除變壓器的剩磁和勵磁涌流，確保主變空充正常。