非电量保护动作切除故障对变压器产生的影响

2013-08-15杨乐

电气技术 2013年9期

杨乐

（蒲城清洁能源化工有限责任公司，陕西渭南 715500）

在化工电气系统中，变压器作为一次设备中最为核心的设备，其可靠性、稳定性显得尤为重要。由于某种原因要切除变压器时，若变压器铁心内产生大量剩磁，将对其再次送电的成功率产生不利影响，本文就变压器非电量保护动作时的如何切除变压器的问题进行讨论分析。

1 两种实现方式

一台10/0.4kV，2000kVA变压器，变压器距离电源侧 10kV馈线柜约 200m，距离 400V进线约10m，其非电量保护配置为重瓦斯、轻瓦斯、温度高、温度高高、压力释放；其中轻瓦斯与温度高仅为报警信号，不做讨论，其余三个非电量均要实现联跳变压器各侧断路器。可类比，本文仅以重瓦斯为例说明。

当重瓦斯动作时，需要联跳高、低压侧断路器，切除变压器，其有两种实现路径。

第一种方式：重瓦斯继电器常开点闭合后，将该点引至电源侧（10kV变压器馈线柜），经过中间继电器（3TH4022M4）扩展（由于重瓦斯继电器接点容量一般为DC220V 0.3A，不足以满足跳闸回路功率要求，故经过中间继电器扩展），将中间继电器常开接点送至RCS 9621CS的专用输入口（端子号327），经过综保逻辑出口，将 10kV断路器跳开；在综保出口的同时，RCS 9621CS的出口继电器2（端子号为427/428）同时出口，该接点送至低压侧400V进线断路器联跳。从变压器本体瓦斯继电器至10kV馈线柜再至 400V进线柜均使用硬接线实现，其中硬接线共有约400m。当跳闸线圈励磁回路较长，对地电容相对较大，当有小交流电源串入将有可能导致跳闸线圈误动作，并且回路较长，引起的电压降落也将增大，不利于线圈的可靠动作，尽量缩短硬接线的长度是有益的。

第二种方式：重瓦斯继电器接点送至 400V进线柜，经3TH4022扩展后，同时送出两路常开点，一路至 400V进线开关的跳闸回路，另一路送至10kV电源侧馈线柜跳闸回路，接至RCS 9621CS的327号端子，通过综保逻辑实现跳闸出口。

2 速动性比较

从速动性考虑，中间继电器动作时间约为t1=50ms；常开点输入综保装置至其出口继电器动作时间约为t2=70ms（遥信去抖时间20ms，继电器动作50ms，内部逻辑时间忽略）；

在第一种方案中，从瓦斯继电器动作至 10kV断路器跳闸回路导通共需要t1+t2=50+70=120ms；从瓦斯继电器动作至 400V短路器跳闸回路导通共需要t1+t2=50+70=120ms；显然，理想状态下，两侧断路器将同时断开，也就是会出现竞争现象。显然，还需取决于 10kV断路器与 400V断路器的分断时间。此时，很可能出现带负荷切除变压器（10kV综保出口继电器容量为 DC220V 5A，可以直接串入400V跳闸回路）。

在第二种方案中，从瓦斯继电器动作至 10kV断路器跳闸回路导通共需要t1+t2=50+70=120ms；从瓦斯继电器动作至 400V断路器跳闸回路导通共需要t1=50ms；显然，此时，400V断路器将明显快于10kV断路器使跳闸回路导通，当然，10kV与400V开关分断特性有区别，但是其相差 70ms的时间富余将有利于将变压器所带负荷首先切除，而在变压器电源侧断电时，变压器已经是空载状态。

3 剩磁的影响

在出现带负荷切除变压器时，由于一般 400V母线功率因数为cosΦ=0.9，按单相考虑，在断开一次回路时，由于电流相位仅滞后电压 28.5°，即；当i过零点时，电弧熄灭，一次回路断开，此时线端电压为e=0.67E1；而由于E1=4.44fN1Φm，所以得到当端电压为e时，磁路中的磁通为Φr（即剩磁）=0.67Φm；当然，由于三相系统中由于相互差120°，情况较复杂；按单相分析，如果此时，再次将变压器投入，假设投入时电压处于峰值状态，则仅考虑剩磁的影响，剩磁的存在将使铁心出现周期性的磁饱和，当主磁通与剩磁方向一致时，将使磁路饱和，引起励磁电流迅速增长，如变压器硅钢片型号为30Q130，其磁饱和点为1.9T，如果假设其正常工作点在B=1.2T（H=16A/m），而由于剩磁存在将使磁场密度增加至 1.67倍，达到B=2.004T，此时H=9000A/m，励磁电流为正常的n倍，n=9000/16=562.5；文献2中提到正常励磁电流仅占正常一次绕组额定电流的1%，则该励磁涌流将达到一次额定电流的5.6倍。而消磁方法在文献3中阐释很清楚，但现场实现条件较苛刻。

在切除空载状态的变压器时，由于为纯感性负载（忽略铁耗），所以电压电流相位相差90°，在电流过零点时，电压刚好达到幅值或其附近，此时，磁通与电压相差90°，故磁通接近于0，即基本无剩磁，但同时三相系统中相角相互差120°，故必然还存在剩磁，但相对较小。