220kV變壓器空載合閘勵磁涌流及抑制措施分析

引言

勵磁涌流是變壓器合閘電源時的一種暫態(tài)狀況,所有三個相以及接地中性點都有可能出現(xiàn)涌流。對變壓器差動保護來講,勵磁涌流可視為一種差動電流。暫態(tài)涌流并不屬于故障條件,保護仍需制動,這是變壓器差動保護設(shè)計時需考慮的重要因素。隨著電力變壓器制造中新型硅鋼性能的改進以及采用速度很快的差動繼電器,勵磁涌流現(xiàn)象變得更為突出。

1勵磁涌流產(chǎn)生機理及危害

變壓器鐵芯的非線性飽和特性會導致其空載合閘時產(chǎn)生勵磁涌流。涌流的波形、大小和持續(xù)時間取決于許多特性因素,如變壓器容量、繞組接法、合閘時電壓的相位角、合閘繞組所在部位、鐵芯的剩磁及磁化特性等。勵磁涌流僅流進變壓器一側(cè)的保護區(qū)(即實際電源側(cè)）,由于在差動保護看起來為真實的差動電流而使繼電器動作。

勵磁涌流主要分為:合閘涌流、合應涌流和恢復涌流。其中,合閘涌流的本質(zhì)是合閘的時候,變壓器磁通不能突變。由于合閘角、主變剩磁等原因,會導致主變磁通飽和,產(chǎn)生很大的勵磁電流。變壓器縱差(分相差動）保護用來保護主變?nèi)齻?cè),但是勵磁涌流始終是縱差(分相差動）保護無法完全解決的問題,其原因在于用電量保護來保護磁聯(lián)系的元件,必然存在缺陷。

勵磁涌流主要危害:(1）可能引起變壓器差動保護動作,造成投運失敗,影響送電效率。(2）數(shù)值大的勵磁涌流會導致變壓器及斷路器因電力過大而受損,連續(xù)沖擊會降低變壓器繞組機械強度,損壞電氣設(shè)備。(3）導致周邊換流站直流換相失敗或功率波動。

2涌流檢測方法

當電力變壓器合閘電源時,靈敏的差動保護可能誤動。為使差動保護躲過涌流,必須采取措施使算法能區(qū)分涌流狀況與故障狀況。

波形對稱法:將流入繼電器的差流進行微分,將微分后波形的前半周數(shù)據(jù)和后半周數(shù)據(jù)逐點做對稱比較,故障電流基本上是工頻正弦波,波形對稱。而勵磁涌流時,三相差動電流中有大量的二次諧波和三次諧波分量存在,波形發(fā)生畸變、間斷、不對稱,利用算法檢測出這種畸變,即可識別出勵磁涌流。

諧波分析法:勵磁涌流時,含有大量的偶次諧波分量存在,正常一次側(cè)故障電流不含有二次或其他偶次諧波。諧波隨峰值磁通密度向飽和狀態(tài)升高而增大。涌流為一種波形偏離時間軸的非對稱電流。一般的涌流含有相當成分或大量的二次和三次諧波以及數(shù)量值依次衰減的高次諧波。

3實例分析

3.1事件經(jīng)過

2017年5月10日16:24,在江蘇某220kV變電站2號主變檢修后的送電過程中,當值班員合上2號主變2502開關(guān)時,2號主變第一套(778）差動保護動作,2號主變2502開關(guān)合閘后立即跳閘。

3.2后臺及現(xiàn)場檢查

2號主變第一套差動保護動作的后臺顯示信號如圖1所示。

現(xiàn)場檢查情況:

(1）2號主變第一套(778）差動保護B相動作,第二套（303）差動保護未動作,差動保護動作值0.7Ie=0.44A,第一套差動保護裝置檢查結(jié)果如圖2所示。(2）2號主變保護裝置及220kV其他運行設(shè)備保護裝置未發(fā)出PT斷線或PT失壓等異常報警信號。（3）2號主變第一套（778）差動保護裝置打印的故障錄波器波形圖(圖3）顯示:2號主變第一套(778）保護高壓側(cè)電流波形偏向時間軸的一側(cè),220kV系統(tǒng)母線電壓三相波形未發(fā)生畸變。（4）調(diào)度遠方故障錄波圖,如圖4所示,其電壓電流波形與圖3顯示結(jié)果一致。

3.3綜合判斷

根據(jù)金壇變2號主變的檢查過程可知（最主要還是檢查電壓）:

（1）2號主變雙套主保護中僅有一套差動保護動作（兩套保護勵磁涌流閉鎖原理不同,第一套差動保護采用諧波制動原理,第二套差動保護采用波形畸變識別原理,所以一套動作,一套不動作是有可能的。如果是變壓器有故障,不太可能一套動作,另一套不動作）。(2）在未調(diào)閱錄波圖或保護文件前,可初步判斷:220kV母線電壓無異常,220kV其他線路保護裝置無啟動,無相關(guān)失壓信號發(fā)出。(3）2號主變保護裝置及220kV其他運行設(shè)備保護裝置未發(fā)出PT斷線或PT失壓等異常報警信號。(4）觀察高壓側(cè)電流波形特征:1）偏向時間軸一側(cè)(最明顯的特征）:2）波形是間斷的,且間斷角很大:3）在一個周期內(nèi)正半波與負半波不對稱:4）同一時刻三相涌流和近似于零。

由此可排除送電范圍內(nèi)接地短路的情況,基本判斷為2號主變2502開關(guān)合閘過程中出現(xiàn)勵磁涌流,隨后重新試送2502開關(guān),試送成功。

4應對措施

（1）主變有檢修工作的,工作結(jié)束驗收時務必確認是否進行過直流電阻測試,對進行過直阻測試的,必須消磁后方可通過驗收。（2）對于連續(xù)空載充電（2次以上）的變壓器,應查看勵磁涌流大小,對勵磁涌流大的情況,應分析原因并采取整改措施。（3）有條件的變電站應配置選相合閘裝置,此裝置操作簡單且不改變現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)。（4）為避免換流站近區(qū)500kV變壓器充電產(chǎn)生較大的勵磁涌流對在運直流造成影響,正常情況下從中壓側(cè)充電,高壓側(cè)合環(huán)。

5結(jié)語

新變壓器啟動調(diào)試需要檢驗主變差動保護躲過勵磁涌流的性能,測錄投切過程中勵磁涌流和電磁暫態(tài)過程。而主變空載合閘仍會發(fā)生差動保護誤動情況,需要對新變壓器選型進行篩選,現(xiàn)場運維人員熟練掌握涌流抑制措施,即便發(fā)生誤動造成斷路器跳閘,也能快速正確處理,確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。