劉 暢， 湯雪鵬， 寧 威， 陳玉明

(國網(wǎng)合肥供電公司， 安徽 合肥 230022)

0 引言

新安裝及大修后的電力變壓器在正式投運(yùn)之前需做沖擊合閘試驗，以檢驗變壓器的絕緣特性及機(jī)械強(qiáng)度，校驗差動保護(hù)躲過勵磁涌流的能力。空載變壓器投入運(yùn)行時產(chǎn)生的勵磁涌流最大可達(dá)額定電流的4～8倍，可能導(dǎo)致變壓器保護(hù)誤動。兩臺變壓器級聯(lián)或并聯(lián)時，空載變壓器的合閘會對運(yùn)行中的變壓器產(chǎn)生和應(yīng)涌流，會影響系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。因此，有必要對勵磁涌流及和應(yīng)涌流產(chǎn)生原理及抑制措施進(jìn)行分析研究。

1 事故背景

某變電站220 kV系統(tǒng)為雙母單分段接線方式，出線4條，220 kV母線配置有兩個母聯(lián)開關(guān)和一個分段開關(guān)，站內(nèi)配置兩臺240 MVA的三圈變，為山東電力設(shè)備有限公司生產(chǎn)，其結(jié)構(gòu)為高壓內(nèi)置式高阻抗變壓器，兩臺主變保護(hù)配置均為第一套保護(hù)為南瑞繼保公司的PCS978，第二套保護(hù)為國電南自的PST1200U，1號主變已在運(yùn)行。站內(nèi)220 kV接線方式如圖1所示。

圖1 站內(nèi)220 kV主接線

某日12點00分，根據(jù)調(diào)令用分段2100開關(guān)對2號主變第一次沖擊，主變保護(hù)高壓側(cè)零序過流保護(hù)Ⅲ段動作，跳開主變?nèi)齻?cè)開關(guān)。二次檢修人員現(xiàn)場第一時間調(diào)取錄波器波形和保護(hù)動作報告，確定保護(hù)二次回路、保護(hù)定值和軟壓板投退均正常。故障錄波波形如圖2所示。

圖2 2號主變沖擊時的故障錄波波形

2 技術(shù)分析

通過圖2可以看出波形為典型的勵磁涌流特性，無電壓降低和出現(xiàn)故障電流的特征，且初始涌流較大，零序電流一次值到達(dá)2 000 A。6 s時，零序電流二次值依然為0.25 A，剛好達(dá)到主變高壓側(cè)零序Ⅲ段保護(hù)定值，導(dǎo)致保護(hù)動作。

經(jīng)過分析，得出導(dǎo)致此次沖擊不成功保護(hù)動作的因素有三個：

(1)合閘角和剩磁方向?qū)е聞畲庞苛鞯某跏贾递^大；

(2)和應(yīng)涌流導(dǎo)致2號主變勵磁涌流衰減變慢；

(3)主變結(jié)構(gòu)為高壓內(nèi)置結(jié)構(gòu)。

2.1 變壓器勵磁涌流

在對主變進(jìn)行沖擊合閘時，變壓器繞組會產(chǎn)生較大的暫態(tài)電流，即勵磁涌流。由于勵磁涌流較大，衰減時間較長時，有時會導(dǎo)致對其進(jìn)行沖擊的母聯(lián)開關(guān)的過流保護(hù)動作、或者因主變差動保護(hù)躲不過勵磁涌流而動作，造成沖擊失敗。

構(gòu)建“歸屬清晰、權(quán)責(zé)明確、保護(hù)嚴(yán)格、流轉(zhuǎn)順暢”的現(xiàn)代產(chǎn)權(quán)制度，對于激發(fā)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的活力有著十分重要的作用。

變壓器鐵芯未飽和時勵磁電流較小，約為額定電流的2%～5%，變壓器鐵芯飽和后，勵磁電流大小隨著磁通飽和迅速增加，其大小取決于合閘角，當(dāng)合閘角

α

=0°時，勵磁涌流最大，最大可能是額定電流的4～8倍，在

α

=90°時合閘，勵磁涌流最小。

2.2 和應(yīng)涌流

在電網(wǎng)中鄰近的并聯(lián)變壓器之間,已經(jīng)投入運(yùn)行的變壓器由于其它變壓器空載合閘可能會產(chǎn)生涌流的現(xiàn)象,稱為和應(yīng)涌流現(xiàn)象。

和應(yīng)涌流主要有4個特點：

(1)如圖3所示，#1變壓器中的和應(yīng)涌流在#2變壓器勵磁涌流持續(xù)一段時間后才產(chǎn)生,并由小到大，再逐漸衰減；兩臺變壓器的涌流交替出現(xiàn)，方向相反，且不會重疊。

圖3 和應(yīng)涌流波形圖

(2)勵磁涌流的最大值發(fā)生在合閘后的很短時間內(nèi)，而和應(yīng)涌流的幅值是隨時間逐步增大到最大值，隨后又不斷衰減。和應(yīng)涌流的最大值小于初始涌流的最大值。

(3)出現(xiàn)和應(yīng)涌流時，兩臺變壓器的相互作用使得涌流的衰減過程較單個變壓器合閘時要慢得多。

(4)運(yùn)行變壓器和應(yīng)涌流的間斷角大于180度。

(1)負(fù)載方面。將運(yùn)行變壓器帶上負(fù)載，可以有效抑制和應(yīng)涌流現(xiàn)象，重載情況下甚至可能使和應(yīng)涌流現(xiàn)象消失。

(2)系統(tǒng)阻抗方面。系統(tǒng)阻抗與變壓器電阻之比影響和應(yīng)涌流的形成及速度，其值越小，兩臺主變的耦合關(guān)系越小，和應(yīng)涌流衰減的越快。

(3)變壓器中性點接地方式。不同的接地方式對和應(yīng)涌流有一定影響，但實驗證明改變接地方式對涌流不會產(chǎn)生很大的影響。

2.3 變壓器高壓內(nèi)置結(jié)構(gòu)

本次跳閘事件中的主變采用高壓內(nèi)置式降壓變的繞組布置方式，相較于傳統(tǒng)的非高壓內(nèi)置式降壓變的繞組布置方式，沖擊產(chǎn)生的勵磁涌流較大，更容易產(chǎn)生較大的零序電流，導(dǎo)致相關(guān)保護(hù)動作，空充失敗概率增加。圖4為降壓變兩種繞組布置方式的比較。

圖4 降壓變的繞組布置方式

由于高阻抗電力變壓器具有成本低、抗短路能力強(qiáng)、可靠性高的特點，近些年這種繞組布置方式被逐漸推廣。我們在驗收主變時，也需要關(guān)注主變的繞組結(jié)構(gòu)，及時與地調(diào)溝通相關(guān)保護(hù)定值，降低沖擊失敗率。

3 應(yīng)對措施

我們對各廠家報告、專業(yè)文獻(xiàn)中提出的抑制涌流方法進(jìn)行了相應(yīng)的歸納總結(jié)，提煉了4點貼近工程實際的勵磁涌流應(yīng)對措施。

(1)加裝選相合閘裝置。選取合理的選相合閘策略，原理上可以限制變壓器勵磁涌流。如果合閘角度控制正確，能夠達(dá)到消除勵磁涌流的效果。但這個方案需增加一、二次設(shè)備，增加二次回路復(fù)雜性，降低控制回路可靠性，經(jīng)濟(jì)性不高，系統(tǒng)內(nèi)沒有大規(guī)模應(yīng)用案例，可行性不高。

(2)消除剩磁。在變壓器沖擊合閘試驗前對其進(jìn)行消磁試驗，避免變壓器進(jìn)行各種試驗后產(chǎn)生較大的剩磁導(dǎo)致產(chǎn)生勵磁涌流偏大，此策略能夠有效降低勵磁涌流。

(3)選取合適的運(yùn)行方式。在啟動主變時，盡量選用系統(tǒng)最大運(yùn)行方式，盡量避免220 kV出線運(yùn)行回數(shù)較小的情況下啟動結(jié)構(gòu)為高壓內(nèi)置式的主變。防止在運(yùn)行方式較小(即220 kV出線數(shù)較少)時沖擊主變，在較大勵磁涌流、零序電流、直流分量長時間作用下，導(dǎo)致220 kV出線的電流互感器鐵心飽和，影響電流互感器的傳變特性，甚至可能導(dǎo)致線路光差保護(hù)誤動，嚴(yán)重時對側(cè)零序Ⅲ段保護(hù)動作。

(4)適當(dāng)整定保護(hù)定值。主變高壓后備保護(hù)零序過流Ⅲ段為過電流保護(hù)，不經(jīng)復(fù)壓閉鎖。由于多種因素導(dǎo)致的主變空載合閘的零序電流衰減時間比較長，零序過流Ⅲ段動作，導(dǎo)致主變壓器跳閘。因此，在沖擊合閘試驗過程中，應(yīng)合理整定中性點零序過流保護(hù)定值，防止變壓器空投時產(chǎn)生的零序電流引起運(yùn)行中的變壓器零序過流保護(hù)動作。

由于和應(yīng)涌流是因系統(tǒng)等效阻抗的存在而產(chǎn)生的，系統(tǒng)等效阻抗越大，和應(yīng)涌流越容易產(chǎn)生，運(yùn)行中的主變帶上負(fù)載后系統(tǒng)等效阻抗減小，比空載時更不容易飽和，和應(yīng)涌流現(xiàn)象減弱。結(jié)合現(xiàn)場實際，選擇將運(yùn)行的#1主變低壓側(cè)帶上電容器及站用變負(fù)載，保護(hù)未再次動作，主變沖擊成功。

4 結(jié)束語

變壓器啟動時的勵磁涌流及和應(yīng)涌流與多種因素有關(guān)，為了減小涌流對保護(hù)的影響，避免運(yùn)行故障、設(shè)備損害，除了在涌流的傳輸路徑上采取措施，還應(yīng)盡可能從涌流產(chǎn)生原理出發(fā)，從根源上避免涌流的產(chǎn)生。本文對勵磁涌流及和應(yīng)涌流特點和影響因素進(jìn)行介紹，并歸納總結(jié)了四點可應(yīng)用于現(xiàn)場實際的涌流抑制方法，防止主變沖擊時保護(hù)誤動，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，提高供電可靠性。