变压器励磁涌流引起的线路保护误动作分析

贺欣 张应田 王伟 胡振彬

摘 要：励磁涌流和内部故障的可靠鉴别是实现变压器差动保护的关键问题，直接制约着变压器差动保护正确动作率。基于此，本文介绍了一起因变压器励磁涌流引起的220kV输电线路保护误动作，并结合录播图分析了故障原因，提出了合理化建议。

关键词：变压器;励磁涌流;线路保护;误动作

中图分类号：TM772 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）14-0074-02

Analysis of Line Protection Caused by Transformer Inrush Current

HE Xin1 ZHANG Yingtian1 WANG Wei2 HU Zhenbin3

（1.Tianjin Electric Power Technology Development Co.， Ltd.，Tianjin 300384;2.State Grid Tianjin Electric Power Company Electric Power Research Institute，Tianjin 300384;3.State Grid Shandong Electric Power Company Licheng District Power Supply Company of Jinan City，Jinan shandong 250100）

Abstract： Reliable identification of magnetizing inrush current and internal fault is the key problem to realize transformer differential protection， which directly restricts the correct action rate of transformer differential protection. Therefore， this paper introduced an incorrect operation of 220kV transmission line protection caused by transformer inrush current， analyzed the causes of the faults combined with the recorded and broadcast maps， and put forward reasonable suggestions.

Keywords： transformer;inrush current;line protection;misaction

大型電力变压器空载合闸时，由于铁心的非线性饱和特性，可能产生很大的励磁涌流。励磁涌流的幅值主要受合闸角度和铁心剩磁水平影响，一般会达到变压器额定电流的6～8倍，有时会造成继电保护误动作和变压器跳闸，严重情况下会导致线圈变形[1]，也可能影响供电质量，并对负荷设备或供电安全造成不利影响[2，3]。因此，本文分析了变压器励磁涌流引起的输电线路保护误动作故障，并提出了一些合理化建议。

1 故障经过

某220kV用户2#变压器空载送电过程中，电源侧220kV变电站出线2218开关光纤差动保护动作，2218开关三相跳闸，重合闸动作且重合良好。电气连接图如图1所示。

1.1 保护动作情况

220kV变电站侧：220kV出线2218开关配置双套线路光纤差动保护，分别为国电南自PSL603和南瑞继保RCS931;南瑞继保RCS931的电流差动保护动作，107ms出口动作;国电南自PSL603保护未动作。

220kV用户侧：220kV线路2211开关配置双套线路光纤差动保护，分别为国电南自PSL603和南瑞继保RCS931;南瑞继保RCS931的电流差动保护动作，保护动作灯亮。

1.2 故障录播图

变电站侧和用户侧故障录波器所记录的电压录波图显示220kV电压正常，记录的电流录播图分别如图2和图3所示。由电流录波图可以看出，线路电流波形有间断角、偏向时间轴一侧且含有大量二次谐波，符合励磁涌流特性，判断线路电流为用户变压器空载合闸产生的励磁涌流。

用户侧电流波形记录励磁涌流特性正常，经过8个周波消失（2218开关跳闸）。其中，A相一次电流最大值1 806A（瞬时值），C相一次电流最大值2 140A（瞬时值）。但是，变电站侧A、C相励磁涌流波形经过2个周波后，急剧衰减，幅值降低。线路两侧电流不一致导致差流产生，二次值为2.18A（定值为2A），导致保护动作。从录播图可以初步判断为A、C相励磁涌流经过2个周波后CT饱和导致波形衰减。

2 故障分析

产生上述饱和电流波形的原因可能是CT本身饱和或保护二次小CT饱和。考虑到变电站侧双套保护及故障录波器均记录到相同的电流波形，而故障录波器与RCS931共用一组CT二次绕组，PSL603单独一组CT二次绕组。此外，变电站侧与用户侧电流大小相同，两侧保护装置采用同一批次的二次小CT，但只有变电站侧出现饱和波形，可以初步判断是CT本体A、C相发生饱和。

由于变压器合闸励磁涌流中存在较大的非周期分量（直流分量），这部分非周期分量会导致电流互感器铁心饱和，影响电流互感器的传变特性，进而对输电线路保护系统产生影响[4]。当CT铁心不饱和时，CT的励磁阻抗数值很大且基本不变，励磁电流很小;当CT一次电流增大后，尤其是一次电流含有较大直流分量，铁心开始饱和，励磁阻抗迅速下降，励磁电流增加。当流入CT的一次电流大到一定程度后，CT铁心进入饱和状态，感应到CT二次侧的电流变小，而CT励磁电流增大，实际上是由于励磁阻抗减少时励磁回路分流作用加大引起。当CT严重饱和时，励磁阻抗急剧减少至接近零，一次电流全部变成励磁电流，二次电流几乎接近于零。因此，当变压器励磁涌流较大时，会导致电流互感器铁心深度饱和，使电流互感器二次电流迅速下降，完全改变了电流互感器的传变特性。

变电站侧RCS931保护动作跳闸，PSL603保护未动作。经分析，RCS931差动保护无电压判据功能，仅判断电流大小，CT饱和后导致差流产生，保护动作。PSL603差动保护具备电压判据功能，电压正常时闭锁，保护未动作。

经以上综合分析，用户侧变压器合闸送电，变电站侧2218开关A、C相CT发生饱和，导致两侧产生差流，RCS931差动保护动作跳闸。

3 合理化建议

①研究含有直流分量的工频交流电压源激励方式，提出励磁电流上下半波对称度实时测量方法和半波直流电流自动调节控制技术，实现变压器剩磁快速完全消除。

②分析变压器剩磁程度与铁心磁化曲线的关联关系，研究基于小信号斜率映射的变压器剩磁检测与评估方法，提出伏安曲线拟合、波形对称度、谐波含量比对等多维度剩磁含量评价标准。

③建立基于铁心磁滞曲线自动拟合的变压器剩磁-分闸角模型，定量分析不同联结组别下的分闸角度与剩磁关系，确定变压器空载合闸试验过程中的最优分闸角度。

④针对天津电网变压器空载合闸实际情况，提出“以空载合闸前剩磁消除和精准评估为基础，空载合闸过程中采用选相分合闸技术”的励磁涌流抑制策略，分析涌流抑制措施可能出现的负面影响和应对手段，尽可能消除对电网安全稳定运行的影响。

⑤搭建10kV变压器空载合闸实验平台，验证涌流抑制策略的有效性并为相关理论研究提供试验论证支撑;选取天津电网220kV变电站开展试点应用，形成变压器空载合闸励磁涌流抑制措施实施规范。

参考文献：

[1] STEURER M，FROHLICH K. The Impact of Inrush Currents on the Mechanical Stress of High Voltage Power Transformer Coils[J].IEEE Transaction Power Delivery，2002（1）：155-160.

[2]朱毅.電压暂降对敏感用电设备的影响及其抑制方法[J].电气技术，2007（7）：76-81.

[3]郑彬，班连庚，周佩朋，等.合闸750kV空载变压器引起系统电压暂降现场实测与计算分析[J].电网技术，2012（9）：203-208.