220kV变压器空载合闸励磁涌流及抑制措施分析

引言

励磁涌流是变压器合闸电源时的一种暂态状况,所有三个相以及接地中性点都有可能出现涌流。对变压器差动保护来讲,励磁涌流可视为一种差动电流。暂态涌流并不属于故障条件,保护仍需制动,这是变压器差动保护设计时需考虑的重要因素。随着电力变压器制造中新型硅钢性能的改进以及采用速度很快的差动继电器,励磁涌流现象变得更为突出。

1励磁涌流产生机理及危害

变压器铁芯的非线性饱和特性会导致其空载合闸时产生励磁涌流。涌流的波形、大小和持续时间取决于许多特性因素,如变压器容量、绕组接法、合闸时电压的相位角、合闸绕组所在部位、铁芯的剩磁及磁化特性等。励磁涌流仅流进变压器一侧的保护区(即实际电源侧）,由于在差动保护看起来为真实的差动电流而使继电器动作。

励磁涌流主要分为:合闸涌流、合应涌流和恢复涌流。其中,合闸涌流的本质是合闸的时候,变压器磁通不能突变。由于合闸角、主变剩磁等原因,会导致主变磁通饱和,产生很大的励磁电流。变压器纵差(分相差动）保护用来保护主变三侧,但是励磁涌流始终是纵差(分相差动）保护无法完全解决的问题,其原因在于用电量保护来保护磁联系的元件,必然存在缺陷。

励磁涌流主要危害:(1）可能引起变压器差动保护动作,造成投运失败,影响送电效率。(2）数值大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电力过大而受损,连续冲击会降低变压器绕组机械强度,损坏电气设备。(3）导致周边换流站直流换相失败或功率波动。

2涌流检测方法

当电力变压器合闸电源时,灵敏的差动保护可能误动。为使差动保护躲过涌流,必须采取措施使算法能区分涌流状况与故障状况。

波形对称法:将流入继电器的差流进行微分,将微分后波形的前半周数据和后半周数据逐点做对称比较,故障电流基本上是工频正弦波,波形对称。而励磁涌流时,三相差动电流中有大量的二次谐波和三次谐波分量存在,波形发生畸变、间断、不对称,利用算法检测出这种畸变,即可识别出励磁涌流。

谐波分析法:励磁涌流时,含有大量的偶次谐波分量存在,正常一次侧故障电流不含有二次或其他偶次谐波。谐波随峰值磁通密度向饱和状态升高而增大。涌流为一种波形偏离时间轴的非对称电流。一般的涌流含有相当成分或大量的二次和三次谐波以及数量值依次衰减的高次谐波。

3实例分析

3.1事件经过

2017年5月10日16:24,在江苏某220kV变电站2号主变检修后的送电过程中,当值班员合上2号主变2502开关时,2号主变第一套(778）差动保护动作,2号主变2502开关合闸后立即跳闸。

3.2后台及现场检查

2号主变第一套差动保护动作的后台显示信号如图1所示。

现场检查情况:

(1）2号主变第一套(778）差动保护B相动作,第二套（303）差动保护未动作,差动保护动作值0.7Ie=0.44A,第一套差动保护装置检查结果如图2所示。(2）2号主变保护装置及220kV其他运行设备保护装置未发出PT断线或PT失压等异常报警信号。（3）2号主变第一套（778）差动保护装置打印的故障录波器波形图(图3）显示:2号主变第一套(778）保护高压侧电流波形偏向时间轴的一侧,220kV系统母线电压三相波形未发生畸变。（4）调度远方故障录波图,如图4所示,其电压电流波形与图3显示结果一致。

3.3综合判断

根据金坛变2号主变的检查过程可知（最主要还是检查电压）:

（1）2号主变双套主保护中仅有一套差动保护动作（两套保护励磁涌流闭锁原理不同,第一套差动保护采用谐波制动原理,第二套差动保护采用波形畸变识别原理,所以一套动作,一套不动作是有可能的。如果是变压器有故障,不太可能一套动作,另一套不动作）。(2）在未调阅录波图或保护文件前,可初步判断:220kV母线电压无异常,220kV其他线路保护装置无启动,无相关失压信号发出。(3）2号主变保护装置及220kV其他运行设备保护装置未发出PT断线或PT失压等异常报警信号。(4）观察高压侧电流波形特征:1）偏向时间轴一侧(最明显的特征）:2）波形是间断的,且间断角很大:3）在一个周期内正半波与负半波不对称:4）同一时刻三相涌流和近似于零。

由此可排除送电范围内接地短路的情况,基本判断为2号主变2502开关合闸过程中出现励磁涌流,随后重新试送2502开关,试送成功。

4应对措施

（1）主变有检修工作的,工作结束验收时务必确认是否进行过直流电阻测试,对进行过直阻测试的,必须消磁后方可通过验收。（2）对于连续空载充电（2次以上）的变压器,应查看励磁涌流大小,对励磁涌流大的情况,应分析原因并采取整改措施。（3）有条件的变电站应配置选相合闸装置,此装置操作简单且不改变现有设备结构。（4）为避免换流站近区500kV变压器充电产生较大的励磁涌流对在运直流造成影响,正常情况下从中压侧充电,高压侧合环。

5结语

新变压器启动调试需要检验主变差动保护躲过励磁涌流的性能,测录投切过程中励磁涌流和电磁暂态过程。而主变空载合闸仍会发生差动保护误动情况,需要对新变压器选型进行筛选,现场运维人员熟练掌握涌流抑制措施,即便发生误动造成断路器跳闸,也能快速正确处理,确保电网的安全稳定运行。