（广东电网公司东莞供电局 广东东莞 523120）
摘要：本文结合工程实例，对变压器励磁涌流引起保护误动作的事故进行深入研究，详细阐述了励磁涌流的产生原因及其危害影响，针对性地提出了防止励磁涌流引起保护误动的具体方法，并运用有效的管理措施予以解决该故障问题，以期为有关方面提供参考借鉴。
关键词：变压器；励磁涌流；保护误动；管理措施
前言
变压器励磁涌流将引起继电保护误动，更会导致电网出现电压骤降、和应涌流、谐波污染等情况，给电力系统的正常运行带来极大的影响。基于此，为防止变压器励磁涌流引起线路保护误动作，避免此类事件的频繁发生，需要对该类事故进行具体研究，根据电网负荷变化情况，及时调整线路保护定值，运用有效的管理措施防止励磁涌流问题对电网运行的影响。
1 误动事故案例
1.1 事故简要描述
某变电站内某条配电线路带有80台总容量为0.9MVA的配电网络变压器，在线路恢复送电时发生以下问题：10kV断路器合闸操作时，电网南瑞CAS231V线路保护过流Ⅰ段保护动作，跳开该断路器。供电分局人员巡线检查没有找出故障点，拉开分支开关和配电网络变压器跌落开关后，采用逐级送电的办法使线路正常供电。
1.2 线路保护装置过流保护原理
过电流保护作为二相、三相间的短路保护，每段保护由控制字独立投退，每一节都可以选择控制字保护复合电压锁定元件（低电压闭锁元件，负序电压闭锁元件）和功率方向锁定元件，每段电流保护值和动作时间限制可以单独调整。图1是CAS231V线路保护装置过流保护Ⅰ段的逻辑框图。
图1 CAS231V线路保护装置过流Ⅰ段逻辑框图
过流保护Ⅰ段动作判据共有4个。
（1）当最小母线线电压Uφφmin小于低压闭锁定值ULBS时，开放电流保护。
（2）当母线负序电压U2大于负序电压闭锁定值U2BS时，开放过电流保护。
（3）当电流由母线流向线路时，开放电流保护，正方向动作方向为-90°＜arg ＜90°。其中Ij、Uj为流入继电器的电流、电压；α为电流、电压相夹角。
（4）最大相电流Iφmax大于Izd过流Ⅰ段电流定值。
1.3 事故原因分析
定值单显示，跳闸10kV线路保护的过流Ⅰ段保护控制字置1，过流Ⅰ段保护定值为15A（二次）、0s；低压闭锁、负压闭锁和方向闭锁控制字置0，未投入。根据保护逻辑原理，过流Ⅰ段保护跳闸仅判最大相电流。查看CAS231V线路保护装置事件顺序记录SOE（sequence of event），其带负荷试送时故障相电流B相最大为25A（二次），大于整定值，满足跳闸判据，保护装置动作正确。拉开分支开关和配电网络变压器跌落开关后，采用逐级送电至恢复全线负荷阶段，经观测CAS231V线路保护装置实时采样电流信息，最大相电流只有2A（二次），未达到过流Ⅰ段保护定值，跳闸判据不满足，保护装置未动作。说明在分别采用以上两种方式送电时，保护装置均正确响应，不存在问题。
通过查阅资料、图纸，该变电站原设计规模虽能够满足当时地区供电要求，但近几年城市发展迅速，城乡建设日新月异，变电站出线上不断新装大量用户变压器，使电网参数发生改变。该线路主干线由总长4.3km的LGJ-120导线组成，接带变压器80台，其中包括公用变压器15台、专用变压器65台。专用变压器中有50台为大型电机专用变压器，大部分专用变压器处于空载状态。据此分析，线路启动时，由于空载变压器过多，在合闸时刻，接在线路上的各变压器产生的励磁涌流相互叠加，产生了一个复杂的暂态过程，当系统阻抗很小时，就会有较大励磁涌流，使过流Ⅰ段保护判据满足，从而造成断路器跳闸。
2 励磁涌流的产生及特点
变压器稳定运行时所产生的空载电流极小，大型变压器甚至不到1%的额定电流；但在空载合闸时，变压器突然接入电网，此瞬时可能有很大的冲击电流，也称之为励磁涌流。变压器产生的励磁涌流一般为额定电流的8～10倍。所以变压器在空载合闸时，会出现由于继电保护误动作导致合闸失败的情况。
励磁涌流的特点有4个，一是含有大量的高次谐波，并且以二次谐波为主；二是含有很大成分的暂态分量，暂态分量会随时间衰减；三是和短路电流的波形不同，励磁涌流的波形之间会产生间断；四是同单个变压器产生的励磁涌流不一样，10kV配电网络中的励磁涌流是所带各变压器产生的励磁涌流的叠加。
3 励磁涌流对配电线路保护的影响及危害
10kV配电线路的主保护一般是采用三段式电流保护，包括过流Ⅰ段电流保护、过流Ⅱ段电流保护和过流Ⅲ段电流保护。过流Ⅱ、Ⅲ段电流保护由于有0.4s的延时，可以躲开线路上的励磁涌流；过流Ⅰ段电流保护虽然电流整定值较大，但由于延时为0s，如果励磁涌流大于整定值就会造成过流保护误动作。
这种情况在线路所接变压器个数少、容量小、系统阻抗大时并不突出，所以容易被忽略。但当线路与变压器的数量和容量增加后，就很有可能发生。当保护误动后，调度按规定会通知线路巡检人员检查线路，巡检人员经过详细检查、试验，确定线路无问题后，通过逐级送电的方法，才可以送电成功，极大地增加了巡检人员的工作量；同时，开关反复合闸充电、多次冲击，极易造成变压器、开关和互感器等一次设备的损坏，严重威胁电网设备的安全稳定运行。
4 防止励磁涌流引起保护误动的方法
空载变压器的励磁涌流有一个明显的特征，那就是它包含有大量的二次谐波，主变压器保护就利用这一特征，设定了二次谐波制动来防止励磁涌流所引起的保护误动作，但如果用于10kV线路保护，必须改造保护装置，这样的后果将大大提高保护装置的复杂性，因此实用性比较低。另一个特点是它的大小会随着时间的推移而衰减，刚开始励磁涌流非常大，经过一段时间后，励磁涌流会衰减到零，可以利用这一特征，在送电时经调度许可后临时调整定值，在过流Ⅰ段保护中加入0.1～0.15s的时限，这样就可以躲过较大的变压器励磁涌流，避免励磁涌流造成的保护装置误动作。采用这种方法的优点是不需要对保护装置进行改造，但同时会增加故障时间，对系统的稳定运行有一定的影响。第三种方法是重新计算过流Ⅰ段保护定值，放大电流定值，在保证灵敏度的要求下，使整定值能够躲过线路产生的励磁涌流。这种方法可以保证线路在有故障的时候保护装置正确动作，但保护定值增大的同时灵敏度会大幅降低。第四种方法是电压判据，现在的10kV线路继电保护装置都带有低电压闭锁元件。为躲过线路上所接变压器的励磁涌流，可以用低电压元件闭锁住过流Ⅰ段电流保护，当低电压闭锁元件处于投入状态时，只有当母线的线电压数值均低于低电压闭锁电流的电压定值时，即Uφφmin小于低压闭锁定值，才开放过流Ⅰ段电流保护。
低电压闭锁元件的灵敏度不满足要求时，可以采用负序电压元件来闭锁电流保护，当负序电压闭锁元件处于投入状态时，只有当U2大于负序电压闭锁定值时，才开放相应的过流保护。这种方法既可以保证线路在有故障时保护装置正确动作，也可以防止励磁涌流造成的保护装置误动作。
综合考虑以上4种防治方法的优缺点，在实际运行中，通常采用第四种方法，及时向相关调度保护整定部门提出定值整定申请，提交保护装置、电流互感器、线路、负荷等参数，对保护定值进行重新整定。在过电流保护中增加电压判据，投入低电压闭锁元件和负序电压闭锁元件。只有电压判据满足的情况下，才开放电流保护，这样就能够躲过励磁涌流。
5 管理措施
通过对该地所辖变电站所有10kV线路历史运行数据的排查，找出了3条出现过此类误动情况且空载变压器较多的线路，向相关调度整定部门提出申请，在继电保护定值单中增加电压判据并调整定值。
加强线路参数管理，认真落实继电保护参数周报、月报的报送，当新设备投产或设备异动时，结合周、月检修计划将整定计算参数及时、准确地向相关调度保护整定部门进行报送，由其校核相关保护定值。对有可能出现较大励磁涌流的线路，在提交整定申请时要做好备注，防止再次出现此类误动情况。
加强配电网络规划、线路分段和合理分配负荷，防止类似问题。此外，加强选型管理，在开关设备的选择上，可以选择带消除涌流装置的设备。
6 结论
综上所述，变压器产生励磁涌流问题的原因大多是由于电力负荷增长过大及个别线路空载配电变压器过多，因此，为防止该类事故的发生，相关工作管理人员因时刻监测电网负荷变化情况，合理调整相关线路保护定值，有效提高变压器线路保护躲过励磁涌流的能力，避免励磁涌流造成保护误动作，保证电力系统的安全运行。
参考文献：
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[2]刘兰荣、赵志强、王伟、张晓光.励磁涌流分析及其实验装置的实现[J].电工电气.2014（04）.
论文作者:叶海棋
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/25
标签：变压器论文; 线路论文; 励磁论文; 电流论文; 定值论文; 电压论文; 过流论文; 《电力设备》2017年第25期论文;