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摘要：本文分析了一起变压器空载充电操作过程中，较大的励磁涌流造成相关保护装置的误动作跳闸事件。本文从励磁涌流产生的特点及其形成的原理，并结合现场相关差动保护定值和录波报告的实际情况，探讨励磁涌流与变压器内部故障电流区别，进而探讨变压器励磁涌流的抑制机理，并提出了一些解决和预防的措施。
关键词：变压器 励磁涌流 故障 差动保护
前言
随着电网规模不断扩大，电力变压器的使用数量越发的增加，然而变压器作为电力系统电压转换的设备，其工作原理是根据电磁感应制成的静止设备，在对变压器进行空载充电或者遇到外部故障突然甩负荷或切除故障之后恢复工作电压时，变压器绕组线圈就会因磁路饱和而产生励磁涌流。然而作为变压器主保护之一的差动保护面对励磁涌流的影响虽能够作出相应的闭锁但是在实际的应用中效果却不达预期，依然会因励磁涌流而造成保护的误动。为此本文想通过一起因励磁涌流引起的变压器跳闸事件，透过励磁涌流产生的机制来识别涌流，从而改善涌流对保护的影响，达到减少或避免保护的误动。
1、变压器励磁涌流的产生及其特点
1.1励磁涌流的形成
电力变压器是通过应用电磁感应原理，合闸前U=0，此时绕组在铁芯磁路中的磁通为0即磁通势为零，在合闸瞬间，外电压的作用下，将使变压器绕组的磁场发生变化，但是由于变压器绕组类似于电感线圈，在感应回路中其磁通特性不能发生突变，因此，根据磁链守恒原理变压器的铁芯线圈间产生一个非周期分量的磁通Φfz，其幅值为Φm，，并通过很大的励磁电流来抵消外电压产生的磁场的变化，由于变压器的铁芯越材料具有非线性特性，若铁芯越饱和，则产生的抵消外磁通所需的励磁电流就愈大。如果变压器内部由于做过高压试验而有剩磁的，且其剩磁极性又相同时，则将使铁芯饱和程度加深，使绕组的励磁电抗大幅降低，而产生更大的励磁涌流。
电力变压器电压为U，磁通为Φm则有：
图2 空载合闸时的励磁涌流波形
图3 变压器的故障电流
2.2故障电流的特点：
1）变压器发生短路故障时，产生的短路电流谐波含量比较少。
2）故障短路电流的波形具有连续、变化、不间断的特征。
3）故障电流的波形具有上下对称的特征，且其上下对称系数近乎为零，
4）有别于励磁涌流，变压器内部短路、外部短路时产生的电流波形具有正弦函数特性。
3 励磁涌流识别原理
3.1谐波制动原理
实践研究数据表明，励磁涌流中含有大量的谐波分量，尤其二次谐波最为明显。而变压器内部发生短路故障时产生短路电流二次谐波分量较少，因此在差动保护中常利用二次谐波含量来作为励磁涌流的一种判据。
3.2 波形畸变识别励磁涌流
当变压器产生励磁涌流时，其存在有大量高次谐波，这些谐波会使波形发生畸变、间断和不对称。因此，当变压器发生故障时可以通过积分方程，来计算其波形随时间的函数，通过判断起期望值是否达到整定值，判定其是否为励磁涌流。
4 一起励磁涌流造成差动保护误动实例识别
2017年2月18日某变电站因定期工作需对变压器进行了绝缘耐压测试、介质损耗试验、绕组直流电阻测量、直流泄漏电流测试等预防性试验项目以及主变检修维护和保护定检工作，故将其#3主变停运，变压器型号为：ABB ODFSZ9-250000。相关工作结束后，拆除临时措施并恢复相关保护，对主变高压侧空载充电时，变压器主一、主二电流差动保护动作跳闸，下图为保护动作及录波相关情况。
图四 保护动作报告
图五 故障录波图
打印的动作报告：
主一保护屏 主一保护屏
差动A相电流：1.16 Ie 差动A相电流：1.15 Ie
差动B相电流：0.72 Ie 差动B相电流：0.73 Ie
差动C相电流：0.8 Ie 差动C相电流：0.8 Ie
故障录波图：
变高侧A相电流：0.324A 变高侧A相电压65.313V
变高侧B相电流：0.176A 变高侧B相电压64.218V
变高侧C相电流：0.207A 变高侧C相电压61.148V
现场定值情况：
CT原边变比4000/1 差动起动电流0.6Ie 差动速断电流5 Ie
主变故障录波波形分析动作报告
有上述数据可知：IdA=0.324A *4000=1296A；IdB=0.176*4000=704A；IdC=0.207*4000=828A；从图中可以知道B相二次谐波和基波的比值达到25.7%，C相二次谐波和基波的比值达到23.1%，由谐波制动原理识别原理可知，当变压器二次谐波制动超过15%时可以认定为励磁涌流，同时结合在图中波形可以看到此次跳闸的波形较为畸形，且波形以二次谐波为主。另外故障录波产生的波形还可以看出，波形含有大量的非周期分量，且波形偏向于时间轴一侧，并且波形出现断续。因此通过上面的数据分析，同时结合现场主变本体无瓦斯动作信号，且瓦斯继电器为正常设备，变压器油位正常，后再经检查主变本体间隔一次设备皆无异常；综合以上信息可以看出此次为主变在用高压侧开关在合闸充电时，产生励磁涌流，但由于A相电流二次谐波含量较小，导致差动保护闭锁失败造成保护的无跳闸。
5 励磁涌流的防范措施
5.1 适当降低谐波闭锁涌流定值
从录波的波形可知，合闸瞬间变压器二次侧显示的励磁涌流波形完整；且发生涌流时的间断角也比较明显；在将进入稳态时的也呈现周期性的非正弦波形；在波形中我们还可以看到二次谐波在合闸后非常明显，且之后迅速下降至5% 以下，因此本次误跳闸通过与厂家人员的交流，认为在空充变压器由于A相电流中二次谐波含量相对于于其他相来说较小，低于门槛值而不能闭锁保护所致。因此结合主变发生故障产生的短路电流没有二次谐波的特点，建议主变对二次谐波闭锁定值由惯用的设定值（15% ~ 20%），下调为5%。
5.2 空载变压器选相投切
变压器的选相投切其实就是通过控制三相开关的合闸时间来达到削弱变压器励磁涌流的方法，在变压器合闸时施加电压，使其感应磁通，磁通为施加电压的积分，其方向将滞后于施加电压90°，当变压器内部不存在剩磁时，则空载投入变压器的时间可以选择在合闸角为90°处，但现实应用的变压器往往因试验或重新合闸一般带有剩磁，因此可以将变压器上施加的电压等价为一个虚拟的磁通源，其在合闸前不产生感应磁通，在合闸后才会立即产生感应磁通（其大小为施加电压的积分），施加电压感应的磁通可以当做预期磁通看待，此时励磁涌流最小的空载合闸时间便是预期磁通和剩磁相等之时。
5.3 内插接地电阻法
通过在变压器的中性点出串接一个接地电阻，接地电阻来承受不平衡电流，从而达到使变压器励磁涌流迅速衰减的目的。同时这个接地电阻在另一方面还能削弱施加在变压器铁芯上的电压，有效的阻止变压器铁芯进入饱和状态。
5.4 当主变预试工作后应进行退磁处理
本次跳闸的重要原因是变压器在进行绕组直阻测试时使变压器铁芯存在剩磁，从而使得变压器在合闸时出现励磁涌流增大的情况。针对以上情况，变电管理所要求预试结束需注意剩磁的影响，尤其在进行绕组直阻测试必须对其相关的方法进行优化；同时必须在绕组直阻测试后进行退磁以消除对变压器空充电时的影响。
6 结束语
在日常的实际操作中，变压器的空载合闸往往会产生极大的励磁涌流，而这种励磁涌流往往会造成变压器保护的误动，因此本文基于本次跳闸事件，简单介绍了励磁涌流的形成机制及其特点，以及励磁涌流和故障电流的区别，同时还根据保护的波形提出迅速的判别励磁涌流的方法，并通过对励磁涌流可能差动保护误动的原因进行了深入探讨，并结合仿真实例和现场工作经验提出了降低励磁涌流的处理方法，对防止差动保护误动提高空载合闸率较为有效，但因笔者能力有限，对空载合闸时所出现的励磁涌流的抑制方法还比较局限，希望未来能够不断的完善励磁涌流的抑制方法，减低或消除励磁涌流对保护误动的可能性，提高保护的可靠性。
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论文作者:陈俊彬
论文发表刊物:《河南电力》2018年23期
论文发表时间:2019/7/3
标签：变压器论文; 励磁论文; 谐波论文; 波形论文; 电流论文; 差动论文; 故障论文; 《河南电力》2018年23期论文;