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变压器励磁涌流的危害及防治措施


2009 年 2 月 吉 林 电 力 F eb. 2009 第 37 卷 第 1 期( 总第 200 期)      Jilin Electric P ow er       Vol. 37 No . 1 ( Ser . No. 200)

变压器励磁涌流的危害及防治措施
Hazard and Prevent ion M eas ures of M

agnet ic Inrush Current in T ransformers

许 波 , 刘彦文 , 李 明

1

1

2

( 1. 四平供电公司, 吉林 四平 136000; 2. 吉林省电力有限公司, 吉林 长春 130021)
摘 要: 针对一起主变压器充电失败的案例, 在分析变压器励磁涌流的特点及危害的基础 上, 得出由于变压器励磁 涌流幅值 大、 时间长造 成保护装置动作、 断路器 跳闸, 导 致变压器 充电失败, 提出了 控制三相合 闸时间削 弱励磁涌 流, 改变现场保护的整定值躲励磁涌流的措施, 使主变 压器充电成功。 关键词: 励磁涌流; 变压器; 充电; 二次谐波; 间断角 中图分类号: T M 77    文献标识码: B     文章编号: 10095306( 2009) 010052-03

   变压器的励磁电流仅流经变压器一侧。 当合空 载变压器时, 会出现幅值很大的励磁涌流, 造成保护 装置动作、 断路器跳闸。 某公司66 kV 双北变电所主 变压器充电时, 因保护未躲过励磁涌流而动作跳闸, 使主变压器充电失败, 现分析如下。 以下某变电所简 称某变, 主变压器简称主变。

流保护定值( 电流 7 A , 时间 0. 2 s ) 并投入母联断路 器过电流保护; c . 经母联断路器向 66 kV 东母线空载充电; 轻 调 d . 投入双北变 主变差动、 ( 重) 瓦斯、 压瓦 斯、 复合电压闭锁过电流等保护压板; e . 合上双一变 66 kV 双北变主变一次东隔离开 关、 乙隔离开关, 经 2QF 向 66 kV 主变充电。 1. 2 事故经过及母联过电流保护动作原因分析 第 1 次合双北变主变 2QF 断路器后, 66 kV 母 线 微机保护中的母联过电流保护动作, 跳开 66 kV 母联断路器, 主变充电失败。 kV 母线保护动作报 66 告显示: 66 kV 母联过电流保护动作电流 10. 49 A, 故障时间 0. 28 s。分析原因如下: a. 母联过流保护动作, 说明合闸瞬间电流过大; b. 主变低压侧断路器在分闸状态, 排除变压器 区外故障; c. 主变受冲击时, 会产生幅值很大的励磁涌流; d. 主变差动保护有躲开励磁涌流的措施, 所以 差动保护没有动作; 经以上分析, 判断变压器的励磁涌流电流和时 间超过整定值是引起 66 kV 母联断路器过电流保护 动作的原因。

1 事故经过
1. 1 双北变主变充电方案 变电所主接线见图 1。 a . 将 220 kV 双一变 66 kV 东母线所有元件倒 至西母线运行, 东母线停电并退出母差保护; b . 修改双 一变66 kV 母线保 护中的母 联过电

2 变压器励磁涌流的特点及危害
图 1 变电所一次主接线 收稿日期: 2008- 16 12作者简介: 许 波( 1973—) , 女, 工 程师, 从事继电保护工作。

2. 1 变压器励磁涌流的特点

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2009 年 2 月 吉 林 电 力 F eb. 2009 第 37 卷 第 1 期( 总第 200 期)      Jilin Electric P ow er       Vol. 37 No . 1 ( Ser . No. 200) a . 励磁涌流含有数值很大的高次谐波分量( 主 要是2 次和3 次谐波) , 因此, 励磁涌流的变化曲线为 尖顶波。 b . 励磁涌流的衰减 常数与铁心的饱和程度有 关。饱和程度越深, 电抗越小、 衰减越快, 因此, 在开 始瞬间衰减很快, 以后逐渐减慢, 经0. 5~1. 0 s 后其 值不超过0. 25~0. 50 I n 。 c. 一般情况下, 变压器容量越大, 衰减的持续时 间越长, 但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路 电流衰减慢一些。 d. 励磁涌流的数值很大, 最大可达额定电流的8 ~10 倍。当一台断路器控制一台变压器时, 其电流 速断保护的整定值可按变压器励磁电流来整定。 2. 2 变压器的励磁涌流的危害 a . 励磁涌流引发变压器的保护装置误动作, 使 变压器的投运频频失败; b. 变压器出线短路 故障切除时所产生的电压 突增, 诱发变压器保护误动作, 使变压器各侧全部停 电, 带不上负荷; c. 变压器空投产生的励磁涌流, 将诱发邻近其 它电站等正在运行的变压器产生“ 和应涌流” 而误跳 闸, 造成大面积停电; d. 数值很大的励磁涌流会导致变压器及断路器 因电动力过大受损; e. 励磁涌流中的直流分量导致电流互感器磁路 被过度磁化而大幅降低测量精度和继电保护装置的 正确动作率; f . 励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成 严重的污染。 下面以CSC -326 系列数字式变压器保护装置为 例说明。 3. 2. 1. 1 利用二次谐波闭锁原理 采用三相差动电流中二次谐波与基波的比值作 为励磁涌流闭锁判据: I d2w > K XB ×I dw 式中: I d2w 为差动电流中的二次谐波分量; I dw 为差动 电流中的基波分量; K XB 为二次谐波制动系数定值。 采用或门闭锁方式, 即三相差流中某相判为励 磁涌流, 闭锁比率差动保护。 3. 2. 1. 2 利用模糊识别原理 模糊识别原理是通过计算三相差电流的差流导 数的比值作为励磁涌流闭锁判据, 制动判据如下: 设差流导数为I ( k) , 每周的采样点数是2n, 对数 列: X ( k) = ?I ( k ) + I ( k + n) ?/ 〔 ( k) ?+ ?I ?I ( k + n ) ?〕 ( k = 0, 1, 2, …, n ) 可认为 X ( k) 越小, 该点所含的故障信息越多, 即故障的可信度越大; 反之, X ( k) 越大, 该点所含的 涌流的信息越多, 即涌流的可信度越大。 取一个隶属 函数, 设为 A 〔 ( k ) 〕 综合半周信息, 对 k = 0, 1, 2, , X …, n, 求得模糊贴近度 N 为:
n

N =

X ?/ ∑?A 〔 ( k) 〕 n
k= 1

取门槛值为k, 当N > k 时, 认为是故障; 当N < k 时, 认为是励磁涌流。 采用按相闭锁, 即三相差流中某相判为励磁涌 流时, 仅闭锁该相比率差动保护。 3. 2. 1. 3 利用间断角闭锁原理 间断角闭锁是鉴别短路电流与励磁涌流波形的 差别。 与短路电流不同, 励磁涌流的波形之间出现间 断, 在一个周期中间断角为 A 如图 2 所示。 ,

3 避免励磁涌流影响的措施
3. 1 控制三相断路器合闸时间削弱励磁涌流 变压器磁通在合闸电压角为 0° 磁通为最大 时, 值, 此时励磁涌流也达到最大值。在合闸电压角为 90° 即电压峰值时) 合闸, 磁通最小, 励磁电流也 时( 最小, 一般不超过额定电流的2% ~10% 。 因此, 可 在合闸角为 90°即电压峰值时) 时合闸, 来消弱励磁 ( 涌流。经仿真计算可知, 合闸时间分散度为0. 5 ms 的情况下, 励磁涌流的幅值与三相随机合闸相比, 减 2〕 少了94. 4% 〔 。随着控制开关合闸时间技术的不断 发展, 此种方法是最易实现的方法。 3. 2 修改保护整定值躲开励磁涌流 3. 2. 1 变压器保护躲励磁涌流的措施
〔 1〕

图 2 励磁涌流间断角波形

采用测量各相电流的间断角与波宽 B 判别励 磁涌流, 判据如下: 当 A 65° B< 140°判为涌流情况, 闭锁比率 > 或 , 差动保护; 当 A 65° B> 140°判为变压器内部故 < 或 , ?53?

2009 年 2 月 吉 林 电 力 F eb. 2009 第 37 卷 第 1 期( 总第 200 期)      Jilin Electric P ow er       Vol. 37 No . 1 ( Ser . No. 200) 障, 开放比率差动保护。 间断角原理采用按相闭锁, 即某相满足闭锁条 件, 仅闭锁该相比率差动保护。 3. 2. 2 配电线路保护躲励磁涌流的措施 通常 10 kV 配电线路上 T 接大量的变压器, 在 线路送电投入或跳闸重合时, 由于这些变压器是 T 接在线路上, 在合闸瞬间, 各变压器所产生的励磁涌 流在线路上互相迭加, 如图 3 所示, 产生了一个复杂 的电磁暂态过程。 在系统阻抗较小时, 会出现较大的 涌流, 造成配电线路保护误动作, 因此在过电流速断
参考文献: 〔  贺家李, 宋从矩. 电力 系统继电保护原理 〔 〕 北 京: 水 1〕 M . 利电力出版社, 2004. 〔 〕  John HBr unks, K la us JFr ohlich. Eliminatio n of 2 t ransfor mer inrush curr ents by contr olled sw it ching 〔 . IEEE T r ansa ct ions on P ow er D eliver y, 2001, J〕 16( 2) : 276285. 图 3 配电线路变压器投入时的励磁涌流

保护整定中应增加一定延时, 即可躲过励磁涌流。 对于双北变主变充电, 在现有情况下, 只有采用 保护躲励磁涌流的方法, 因此将双一变 66 kV 母线 保护中的66 kV 母联断路器过电流保护定值改为12 A , 保护时间延时调整为 0. 5 s, 使保护躲过励磁涌 流, 主变充电成功。变压器励磁涌流问题, 关系到保 护装置正确动作、 变压器使用寿命以及系统稳定, 因 此, 应进一步研究变压器励磁涌流的抑制以及鉴别 方法, 保证电力系统稳定运行。

( 编辑 李健平)

( 上接第 43 页)   c. 二次仪表取消后, 减少了检修、 维护工作量, 降低了日常维护费用。 d. 利用原有 DCS , 就地取材, 不需要改造费用, 无须培训, 节省培训费用。 国内同类 200 M W 及以下机组, 一次风在线监 视系统大多数都采用专有的一次风速监测仪, 使用 年限过长, 均会出现设备老化问题, 原有系统通道数 固定, 系统冗余量不足, 单个通道故障, 只能购买备 件, 由于厂家升级换代, 使购买渠道狭窄, 若整体更 ?写作知识? 换, 则费用较大, 而且改造周期长, 采用微机化监控, 可以利用原有的 DCS 操作系统, 经过相应的技术处 理就能实现, 在机组运行中就可以改造, 减少了改造 周期, 且一次风监测系统归入主系统, 通 道冗余数 大, 使日常检修维护方便、 快捷, 保证了锅炉设备的 稳定运行。 ( 编辑 郝竹筠)

科技论文中引言和结论的写法
引言( 或称前言) , 作为一篇科技论文的开场白, 一般以简单概括的语言, 综述前人研究的历史与研究现 状, 以及作者需要解决的问题、 技术方案的选择等。切忌与摘要相同, 且不要详述教科书上或同行熟知的内 容, 避免自我评价性的语言, 如“ 填补国内外空白”“ 、 有很高的学术价值” “ 、首次” 等。引言一般不分段。如果 正文中采用比较专业的术语或缩写词, 最好先在引言中定义说明。 结论是对全文快速简短的总结, 主要包括: 本研究结果说明了什么问题; 得出了什么规律性的东西; 解决 了什么理论问题或实际问题; 对前人有关本问题的看法做了哪些检验; 哪些与本研究结果一致、 哪些不一致; 作者做了哪些修正、 补充、 发展或否定, 对未来工作的展望。 本刊编辑部

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