大型变压器和应涌流引起功率变送器波动的分析及对策

华能南京燃机发电有限公司 花炜

大型变压器和应涌流引起功率变送器波动的分析及对策

华能南京燃机发电有限公司 花炜

大型变压器在带较大负荷分闸或者直流电阻试验后具有剩磁，造成空载合闸时产生励磁涌流，使相邻运行变压器产生和应涌流，会引起运行变压器或发电机仪表保护的波动，影响机组的正常运行。本文结合和应涌流的特点，分析其波动原因，并提出方法。

剩磁；励磁涌流；和应涌流；功率变送器波动；消磁

0 引言

发电厂中发电机与变压器通过单元接线接入系统，当一台变压器带较大负荷断电，或直流电阻试验后都具有较大的剩磁；变压器空载断电后没有剩磁。反充空投时，空投变压器出现励磁涌流，会导致另一台运行变压器产生和应涌流。

变压器在电流产生的磁场强度H的激励下，铁磁材料（如铁心）被磁化并以感应强度B描述磁化程度。磁化后的铁心，若去除电流激励，使H=0，铁磁材料中的磁感应强度虽减小，但并不为零，即B≠0。电力变压器在运行过程中，其内部会产生稳态磁通。当变压器断电切除时，由于回路磁通守恒，稳态磁通不会立即消失，而会保留一个与最末时刻稳态磁通大小相等、极性相同的剩磁。另一方面，由于铁磁材料固有的磁滞现象，在对电力变压器进行电压比、直流电阻测量等操作后，同样会在铁芯中残留剩磁。一般来说直流磁化的安匝越大，剩磁越严重。

1 概述

由于我国大型电厂合闸送电一般采用反送电模式，所以在电网电压加到电厂的大型升压变压器时，剩磁会对升压变压器及周边运行的高压设备产生危害。

1.1电力变压器在空载合闸投入电网时，变压器上的电压在变压器内部也产生一个磁通，当变压器有剩磁时，合闸后所产生的磁通如果和剩磁极性相同，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而增加，从而励磁涌流也会随之增加，会产生数值相当大的励磁涌流，严重情况下其峰值可达额定电流的10到20倍从而导致变压器保护的误动作。

1.2大型变压器时间常数都很长，一般涌流过程超过5s。

1.3由于剩磁的影响，使合闸时的零序电流急剧增大，并通过临近的高压变压器中性点形成回路，从而容易导致临近的高压变压器保护启动动作，甚至跳闸，造成严重的解体事故。

1.4发电厂中发电机与变压器通过单元接线接入系统，当一台主变反充空投时，引起另一组发变组中的主变产生和应涌流（图1），发电机组G2处于正常运行状态，通过断路器K3以及线路向负荷供电，发电机组G1处于检修停运状态，断路器K1、K2均断开，当空投变压器T1( 闭合断路器K1)时可能会造成运行变压器T2产生和应涌流。

图1

图2

2 和应涌流的具体事例分析

2.1 事前运行方式

图3

图4

图5

某电厂装机容量为2×1030MW，采用单元制接线方式。#2机负荷为950 MW，线路电压514kV，#1机检修，#1主变5001开关热备用，5603线路充电运行。

2.2 事例简述

2014年12月5日22:31分，#1主变冲击合闸过程中，由于和应涌流，造成#2主变电流增大（直流分量和谐波分量增大），#2机有功功率变送器输出畸变，转子电压，磁场电压、电流均短时波动，高调门快速开启后恢复，机组煤量及给水流量均无变化。

2.3 事件经过及原因分析

2.3.1 #1主变事件报文

12月5日22:31分，运行人员执行#1主变由热备转运行操作，合上#1主变5001开关时，#1主变第一套、第二套差动保护均启动发信，检查#1主变三相差流分别为：

第一套保护：A相：1.03Ie B相：1.19I e C相：1.57I e（I e为变压器额定电流）

第二套保护：A相：1.03Ie B相：1.19I e C相：1.58I e (I e为变压器额定电流）。

从波形可以看出，差流偏在时间轴的一侧，呈尖顶波，经6个周期后差流逐渐衰减为零。

2.3.2 #2主变事件报文

#1主变5001开关合闸过程中，运行人员发现#2发电机负荷由980MW突变至720MW，两秒后恢复至980MW，转子电压、磁场电压、电流均短时波动，高调门快速开启后恢复，机组煤量及给水流量均无变化。

从图2可以看出，21:31:45，#2发电机功率变送器输出发生畸变，三只功率变送器的输出均发生振荡（最高至经1103MW,最低至720MW ），经2.28S后，三只功率变送器的输出恢复至正常，#2发电机功率恢复至畸变前的数值，期间高调门快速开启后恢复，机组煤量及给水流量均无变化，发电机实际功率输出正常。

检查#2发变组保护无故障报警信号，#2发电机故障录波器中主变高压侧电压、电流、发电机电压、电流波形如图4所示，#1主变5001开关合闸前后，#2发电机出线电流一次有效值由22084A增大至22409A，经2.25S电流恢复至异常前数值。

#1主变5001开关合闸前后，#2主变高压侧电流有效值由1089A增高至1110A，经2.25S电流恢复至异常前数值（图4）。#2主变高压侧电压，与故障前相比基本无变化（图5）。

2.4 分析

从#1主变5001开关合闸前后，#1主变差流以及#2发电机有功功率、发电机电流、#1主变电流电压变化情况分析，#1主变全电压冲击合闸瞬间（假设合闸瞬间的电压初相角为零度），则铁芯中应具有磁通-Φm，由于铁芯的磁通不能突变,这时出现一个非周期分量的磁通φz , 其幅值为+Φm, 经过半个周期后，变压器铁芯中磁通将达2Φm。此时铁芯可能饱和, 励磁电流将剧烈增加, 其值最大可达额定电流的5-10倍。这个励磁电流称为励磁涌流。励磁涌流呈尖顶波，不是正弦波。而且偏在时间轴的一侧。由于原绕组存在,励磁涌流会衰减，衰减快慢由原绕组的时间常数T= L1 / R1 ( L1 为一次绕组的自感,R1为一次绕组的电阻)决定。小容量变压器的励磁涌流衰减快，仅几个周波即可稳定。大容量变压器衰减慢, 一般要经过0.6～0.8S或更长时间才能稳定。

该电厂#1、#2主变并联运行，中性点均直接接地。#1主变进行空载合闸时, 由于#1 主变励磁涌流含有直流分量和非周期分量,流经并联运行的#2主变的励磁绕组, 使#2发变组的电流发生变化（含有非周期和直流分量），发电机功率变送器电流量由测量CT提供，测量CT抗干扰能力差，其输出在非周期分量作用过程中发生了畸变，导致功率变送器输出畸变，在励磁涌流消失后，三只功率变送器输出恢复正常。故障录波器采集的发电机电流、主变电流均采用具有抗暂态干扰的TPY型电流互感器，输出性能基本稳定，在和应涌流作用下，输出电流有效值短暂上升后逐渐恢复正常。

图6

图7

3 解决方案

经过分析，#2主变产生和应涌流导致功率变送器波动的主要原因是#1主变在做直流电阻测量后未消磁，在反充合闸时产生励磁涌流所致。因此检修后采用某厂生产的YD-6105E变压器智能消磁分析仪对检修变压器进行消磁。

3.1 试验过程

3.1.1 技术人员首先用该设备对变压器进行剩磁分析，大约3分钟结束，从仪器显示数据可以看出变压器具有剩磁（图6）。

3.1.2 对该变压器进行消磁：用该仪器的智能消磁档对变压器进行消磁，大约2.5分钟后消磁结束，比传统消磁法快90%。

3.1.3 重新对该变压器进行剩磁分析（图7）。

由图7可以看出该变压器已经完成了消磁。该变压器在反充合闸时，没有因为和应涌流对相邻运行变压器的保护和测量装置造成波动。

对比消磁前后的剩磁分析结果可以看出，在200V时的空载电流值，消磁前比消磁后的值大47%，直观的看出空载电流明显减小了。

一相变压器消磁时间大约15分钟，三相变压器消磁工作一共1小时基本完成。

4 结语

该厂500kV单相变压器检修结束由于采用变压器智能消磁分析仪进行消磁，合闸后励磁涌流较小，故障录波器没有启动录波。

综上所述，可以采用变压器智能消磁分析仪对检修后的大型变压器进行消磁，以降低变压器励磁涌流幅值，消除和应涌流对运行变压器保护和测量装置的影响。