變壓器在投運(yùn)過程中產(chǎn)生勵(lì)磁涌流會(huì)造成差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，科研工作者對(duì)勵(lì)磁涌流進(jìn)入了深入研究并采取有效措施，防止涌流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。但現(xiàn)場運(yùn)行中，多次出現(xiàn)空投變壓器導(dǎo)致相鄰運(yùn)行變壓器跳閘的現(xiàn)象，即和應(yīng)涌流造成變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

本文通過某鋼廠和應(yīng)涌流造成串聯(lián)變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的情況，從變壓器的空載合閘勵(lì)磁涌流引起相鄰變壓器的和應(yīng)涌流分析串聯(lián)變壓器和應(yīng)涌流的特點(diǎn)，和應(yīng)涌流對(duì)電流互感器的影響，通過修改定值和提高電流互感器暫態(tài)性能等方法，有效防止了和應(yīng)涌流對(duì)串聯(lián)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響。

1 串聯(lián)變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作情況

某鋼廠變電站為1臺(tái)35kV變壓器下接2臺(tái)10kV變壓器，如圖1所示，其中35kV變壓器容量為16MVA，10kV變壓器分別為6.3MVA和10MVA。當(dāng)35kV變壓器運(yùn)行時(shí)，在僅空投其中1臺(tái)10kV變壓器時(shí)，多次發(fā)生1#變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作跳開35kV變壓器。對(duì)3臺(tái)變壓器進(jìn)行試驗(yàn)和二次回路檢查，均無異常。

圖1 某鋼廠變電站接線圖

變壓器差動(dòng)保護(hù)跳閘為比率差動(dòng)動(dòng)作，差動(dòng)電流為6.2A（二次值），裝置型號(hào)為GST360。保護(hù)定值配置如表1。對(duì)保護(hù)裝置GST進(jìn)行校驗(yàn)，保護(hù)邏輯動(dòng)作正確，且動(dòng)作值及返回系數(shù)符合要求。

表1 變壓器差動(dòng)保護(hù)定值 （二次值）

排除變壓器、二次回路和保護(hù)裝置的原因，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作應(yīng)該與下一級(jí)變壓器合閘的勵(lì)磁涌流有關(guān)。因?yàn)樽儔浩魈l發(fā)生在下一級(jí)變壓器空載合閘時(shí)，變壓器空載合閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生合閘勵(lì)磁涌流，同時(shí)會(huì)使相鄰的并聯(lián)或串聯(lián)的變壓器產(chǎn)生和應(yīng)涌流。

2 勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流

2.1勵(lì)磁涌流

變壓器在空載合閘時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生含有大量非周期分量的非正弦電流，即為勵(lì)磁涌流。當(dāng)空載變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流很小，僅為額定電流的0.35%~10%。

當(dāng)變壓器空載合閘時(shí)，由于其磁鏈不能突變,從而產(chǎn)生非周期磁鏈,鐵心剩磁的影響以及合閘初相角的隨機(jī)性會(huì)使鐵心磁通趨于飽和，感抗下降，從而產(chǎn)生幅值很大的勵(lì)磁涌流。特別是當(dāng)變壓器在電壓過零點(diǎn)合閘時(shí)，由于鐵心中磁通最大，鐵心嚴(yán)重飽和，勵(lì)磁涌流最大峰值可達(dá)到變壓器額定電流的 6~8倍。

變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流中含有的直流分量和高次諧波分量，隨時(shí)間衰減，其衰減時(shí)間取決于回路電阻和電抗，一般大容量變壓器約為 5~10s，小容量變壓器約為 0.2s左右。勵(lì)磁涌流容易引起繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)作,造成電網(wǎng)電壓和頻率的波動(dòng)等。通過繼電保護(hù)工作者對(duì)保護(hù)裝置識(shí)別勵(lì)磁涌流識(shí)別方法的深入研究，目前變壓器保護(hù)裝置基本避免了對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響。

2.2 和應(yīng)涌流的產(chǎn)生

電網(wǎng)中相鄰的并聯(lián)或串聯(lián)的變壓器之間，在運(yùn)行的變壓器由于其他變壓器的空載合閘可能產(chǎn)生涌流，稱為勵(lì)磁和應(yīng)涌流。以圖2所示的變壓器聯(lián)接示意，簡要說明和應(yīng)涌流的產(chǎn)生。

圖2 變壓器并聯(lián)和串聯(lián)接線示意圖

以變壓器并聯(lián)情況來分析，在 T1合閘前， T 2正常空載運(yùn)行， T 2的勵(lì)磁電流很小，可近似認(rèn)為為零 。當(dāng) T1空載合閘時(shí)，為維持合閘時(shí)刻磁鏈不能突變，變壓器勵(lì)磁電感降低即出現(xiàn)數(shù)值很大的偏向時(shí)間軸一側(cè)的勵(lì)磁涌流 i1。

同時(shí) ，由于系統(tǒng)側(cè)電阻的存在．勵(lì)磁涌流的非周期分量在 T2電源端電壓出現(xiàn)非周期分量，產(chǎn)生反向偏磁使得 T2鐵心中的合成磁鏈偏向時(shí)間軸另外一側(cè)。

在T1空載合閘的初期， T2還未來得及飽和，T2的勵(lì)磁電流仍為很小的正常勵(lì)磁電流。一段時(shí)間后，反向偏磁的不斷疊加，使得T2反向飽和，即產(chǎn)生和應(yīng)涌流i2。

變壓器串聯(lián)時(shí)與并聯(lián)情況相同，T1與T2的合閘磁鏈由于系統(tǒng)側(cè)電阻的存在而相互影響的。無論 2 臺(tái)變壓器串聯(lián)還是并聯(lián)結(jié)構(gòu)，都在可能產(chǎn)生和應(yīng)涌流。在電壓等級(jí)低的小系統(tǒng)中，系統(tǒng)阻抗相對(duì)較大更容易發(fā)生和應(yīng)涌流。

2.3和應(yīng)涌流的特點(diǎn)

串聯(lián)或者并聯(lián)變壓器產(chǎn)生和應(yīng)涌流的原因相同，因此和應(yīng)涌流具有以下幾個(gè)共同特點(diǎn)。

• 1）和應(yīng)涌流產(chǎn)生后，在幾個(gè)周期內(nèi)迅速達(dá)到最大值。
• 2）和應(yīng)涌流的衰減比普通涌流要緩慢得多。
• 3）合閘變壓器和運(yùn)行變壓器的涌流交替出現(xiàn)，方向相反，且不會(huì)重疊。
• 4）和應(yīng)涌流的波形特征與普通涌流接近。
• 5） 運(yùn)行變壓器和應(yīng)涌流的間斷角大于180o。
• 6）兩臺(tái)變壓器的和電流接近于奇對(duì)稱波形，非周期分量接近于零，偶次諧波含量小。

串聯(lián)變壓器中，T2產(chǎn)生和應(yīng)涌流時(shí)還流過T1的合閘勵(lì)磁涌流，還具有以下特點(diǎn)：

• 1）T2 中的偏磁累積速度更慢，串聯(lián)和應(yīng)涌流出現(xiàn)并達(dá)到最大值的時(shí)間更晚，且所達(dá)到的最大值較小。
• 2）初始涌流將使T2與T1相聯(lián)側(cè)的電流互感器更容易首先飽和。T2和應(yīng)涌流與初始涌流交替出現(xiàn)，將使差動(dòng)電流趨于對(duì)稱，其中的二次諧波含量將降低顯著。

3 串聯(lián)變壓器和應(yīng)涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響

變壓器差動(dòng)保護(hù)防止合閘勵(lì)磁涌流誤動(dòng)作主要有二次諧波制動(dòng)、間斷角制動(dòng)及波形對(duì)稱三種方法，和應(yīng)涌流的特點(diǎn)4）、5）提到與合閘勵(lì)磁涌流接近以及間斷角大于180o，因此采用間斷角制動(dòng)變壓器差動(dòng)保護(hù)不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

特點(diǎn)6）中偶次諧波含量小，串聯(lián)變壓器的差動(dòng)涌流二次諧波降低明顯，當(dāng)?shù)陀谡ㄖ禃r(shí)差動(dòng)保護(hù)開放容量發(fā)生誤動(dòng)作。和應(yīng)涌流的衰減比普通涌流要緩慢得多，將加劇電流互感器的飽和。

對(duì)于變壓器串聯(lián)形式下，初始涌流將使運(yùn)行變壓器與空載合閘變壓器相聯(lián)側(cè)的電流互感器更容易首先飽和。和應(yīng)涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，一般是空載合閘后幾十個(gè)周期才動(dòng)作的，和電流互感器受到非周期分量的作用后，需要經(jīng)一定的時(shí)間才能飽和的特點(diǎn)相吻合。因此和應(yīng)涌流中長時(shí)間不衰減的非周期分量，引起電流互感器局部暫態(tài)飽和也會(huì)導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。

4 串聯(lián)變壓器和應(yīng)涌流的解決辦法

從上述分析得出，串聯(lián)變壓器和應(yīng)涌流的二次諧波含量小和衰減時(shí)間長容量導(dǎo)致電流互感器飽和,是引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的主要原因。分析某鋼廠變電站1＃變差動(dòng)保護(hù)錄波圖形，高低側(cè)的涌流波形符合和應(yīng)涌流特征，如圖3所示。

從誤動(dòng)作的錄波圖形可以看出，1＃變兩側(cè)電流互感器飽和，而低壓側(cè)電流互感器飽和度更深，如圖4所示。因此，從差動(dòng)保護(hù)裝置定值、裝置邏輯和電流互感器入手解決和應(yīng)涌流誤動(dòng)作問題。

1） 調(diào)整差動(dòng)保護(hù)定值

由于主要是比率差動(dòng)動(dòng)作，因此將比率動(dòng)作值提高，首先將差動(dòng)起動(dòng)電流改為3A，比率系數(shù)改為0.65，但收效甚微，誤動(dòng)的概率仍然較高。考慮到區(qū)內(nèi)故障能拒動(dòng)區(qū)外故障不能誤動(dòng)，恢復(fù)原定值。

其次，將二次諧波制運(yùn)值，分別改為15%和10%。15%時(shí)誤動(dòng)概率約下降了30%；而10%時(shí)誤動(dòng)概率約下降了80%。鋼廠內(nèi)的電爐會(huì)產(chǎn)生一定的偶次諧波，為區(qū)內(nèi)故障不能拒動(dòng)，二次諧波制運(yùn)值取15%。

圖3 1#變高低側(cè)的涌流波形

2） 完善保護(hù)裝置電流互感器飽和判據(jù)

分析GST360型保護(hù)裝置動(dòng)作邏輯并咨詢廠家，沒有電流互感器飽和判據(jù)。而目前主流保護(hù)廠家為防止在變壓器區(qū)外故障等狀態(tài)下電流互感器飽和所引起的穩(wěn)態(tài)比率差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，在裝置動(dòng)作邏輯中增加了電流互感器飽和判據(jù)。

3）提高電流互感器抗飽和性能。1#變兩側(cè)電流互感器的差動(dòng)繞組準(zhǔn)確度為10P10，將其更換為準(zhǔn)確度為5P20的電流互感器，提高其抗飽和性能。更換后，運(yùn)行一年多未發(fā)生過因和應(yīng)涌流而造成變壓器跳閘情況。

5 結(jié)論

本文根據(jù)一例鋼廠變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的情況，通過分析變壓器空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流和對(duì)相鄰變壓器產(chǎn)生的和應(yīng)涌流，描述了串聯(lián)和應(yīng)涌流的特點(diǎn)及對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響。

和應(yīng)涌流造成變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的原因，一方面是和應(yīng)涌流二次諧波含量低使差動(dòng)保護(hù)開放，另一方面是和應(yīng)涌流造成電流互感器飽和致二次諧波下降。對(duì)于可能產(chǎn)生和應(yīng)涌流的電氣接線方式，應(yīng)選擇精確度比較高的電流互感器和具有電流互感器判據(jù)的保護(hù)裝置，可避免和應(yīng)涌流造成保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

本文編自《電氣技術(shù)》，作者為劉建戈。