浅谈空投1 000 kV变压器时抑制励磁涌流和防止保护误动的措施

摘  要：阐述了影响变压器励磁涌流大小的因素，结合实例，通过对新投运1 000 kV变压器五次冲击合闸时励磁涌流最大值及衰减时间数据进行分析，提出减小励磁涌流和防止变压器保护误动的措施和方法。

关键词：变压器;励磁涌流;冲击合闸;消磁;整定计算

0    引言

赵石畔电厂主接线按2机2变1线不完全单母线接线方式，采用2台1 000 kV断路器，以1 000 kV一级电压接入华北电网。发电机-变压器组单元接线接入厂内1 000 V配电装置，发电机出口装设断路器。配置发电机出口断路器后简化电厂的运行操作，提高电力系统安全性和稳定性。然而，在发电机与变压器中间设置发电机出口断路器后，运行中将存在主变压器冲击合闸的运行方式。本文以1号机组主变压器为例，对空投1 000 kV变压器时减小励磁涌流并防止保护误动的措施进行阐述。

1    勵磁涌流影响因素和空投1 000 kV变压器励磁涌流数据分析

1.1    设备参数

1号主变压器型号为DFP-400000/1100（单相），额定容量为400 MVA（单相），额定电压为1 100/3-41.25%/27 kV，主变高压侧额定电流为663 A，接线组别为YNd11，冷却方式为ODAF，生产厂家为西安西电变压器有限责任公司。

1.2    影响励磁涌流大小的因素

空投变压器时铁芯中磁通的大小与Φm、合闸角及剩磁有关，而励磁涌流的大小与铁芯中磁通的大小有关，磁通越大，铁芯越饱和，励磁涌流就越大。因此，影响励磁涌流大小的因素主要有：

（1）电源电压。电源电压U越高，励磁涌流越大。

（2）合闸角。当合闸角a=0°时，励磁涌流最大;而当a=90°，励磁涌流最小。

（3）铁芯剩磁。在交流电中，电流方向不断变化，在电流产生的磁场强度的激励下，铁磁材料被磁化，铁芯材料具有剩磁特性。合闸之前，变压器铁芯内中的剩磁越大，励磁涌流就越大。

此外，励磁涌流的大小也与变压器内部结构、铁芯材料及设计的工作磁密有关。变压器的容量越小，空投时励磁涌流与其额定电流之比就越大。

分析及测量表明：空投变压器时，变压器与电源之间的阻抗越大，励磁涌流越小。

1.3    投、切空载变压器规范要求

按照《电气装置安装工程 电气设备交接试验标准》（GB 50150—2016）要求：额定电压下的变压器冲击合闸试验，应符合下列规定：

（1）在额定电压下对变压器的冲击合闸试验，应进行5次，每次间隔时间宜为5 min，应无异常现象，其中750 kV变压器在额定电压下，第一次冲击合闸后的带电运行时间不应少于30 min，其后每次合闸后带电运行时间可逐次缩短，但不应少于5 min。

（2）冲击合闸宜在变压器高压侧进行，对中性点接地的电力系统试验时变压器中性点应接地。

通常，额定电压空载投入变压器时会产生励磁涌流，其值可达6～8倍额定电流。励磁涌流开始衰减较快，一般经0.5～1 s即可减至0.25～0.5倍额定电流，但全部衰减完毕时间较长，中小变压器几秒，大型变压器可达10～20 s，故励磁涌流衰减初期，往往使差动保护误动，造成变压器不能投入。

1.4    空投五次1 000 kV变压器相关数据分析

2008年10月23日，完成赵石畔电厂1 000 kV变电站投、切空载1号主变压器试验，对五次冲击合闸试验励磁涌流数据进行测试，记录如表1所示。在三相投、切空载1号主变压器过程中，主变压器高压侧相对地实测操作过电压最大为1.5 p.u.，低于设计允许的1.6 p.u.，励磁涌流最大值为2 069 A。

根据高压侧合闸时励磁涌流承受能力校核数据分析，主变高压侧合闸时励磁涌流小于高压侧短路电流峰值，励磁涌流电流仅为短路电流值的22.1%。励磁涌流对变压器并无太大危害，仅在变压器一侧有电流，冲击电流存在的时间为3～4 s。当然，对变压器多次连续合闸充电也是不好的，冲击过程中伴随的机械力会造成变压器内部固定、支撑件松动和变形。此外，励磁涌流也可能引起变压器的差动和过流保护动作，故进行变压器操作时应注意励磁涌流对变压器差动和过流保护的影响。

2    空投1 000 kV变压器时降低励磁涌流和防止保护误动的措施

（1）1号主变是新安装的变压器，由于铁磁材料固有的磁滞现象，在对电力变压器进行直流电阻测量等交接试验后会在铁芯中残留剩磁。由于剩磁的存在，当变压器投入运行时，不仅可能增加变压器的损耗，而且可能引起继电保护器误动，影响系统安全稳定运行。所以在变压器投入运行前对其进行消磁试验，对1号主变A、B、C三相分别按照5 A、1 A、200 mA、5 mA的顺序进行消磁，确保变压器安全正常运行。

（2）变压器差动保护中的差动速断整定值只反映差流的有效值，不受差流中的谐波及波形畸变的影响。根据五次空投主变压器时励磁涌流瞬时最大值数据分析，大容量主变压器（1 200 MVA及以上）差动速断保护定值采用3～5倍额定电流比较合适。在整定变压器差动速断保护时，应根据变压器容量、结构、在系统中的位置及系统特点，合理、灵活选择定值。过分追求保护动作的灵敏性及动作的快速性，也是一种误区。不同容量变压器励磁涌流倍数差别比较大，可以根据现场的实际情况适当调整。

（3）主变相间后备保护过流Ⅲ段为纯过流保护，不经复压闭锁。过流Ⅲ段经发电机出口断路器位置闭锁，考虑电厂有主变带厂用高压变压器送电的运行方式，增设“倒送电”后备保护功能。#1主变压器首次冲击过程中，由于大容量变压器励磁涌流的存在，衰减时间比较长，主变压器跳闸。因此，在冲击合闸试验过程中，观察励磁涌流衰减时间，综合考虑是否增加过流Ⅲ段时间还是有必要的。

（4）当变压器合闸时，主变压器差动保护可能误动。为使差动保护躲过励磁涌流，必须采用措施区分涌流状态和故障状态。在变压器纵差保护中，工程中应用尤其普遍的是二次谐波制动和波形不对称两种原理。当识别出励磁涌流时，将差动保护闭锁防止纵差保护误动。主变压器两套保护双重化配置时，两套保护励磁涌流闭锁需采用不同原理，一套采用谐波制动原理，另一套宜采用波形不对称原理。

3    结语

本文针对1 000 kV变压器冲击过程数据进行了简要分析和讨论，阐明了减小励磁涌流及防止变压器保护误动的措施和方法。变压器空载合闸过程中易发生差动保护和主变后备保护误动的情况，因此，在新变压器启动调试时需检验励磁涌流的数值及衰减时间，检修人员要熟练掌握励磁涌流的抑制措施，不仅要掌握主变压器保护整定计算原则，也要充分考虑现场一次设备冲击合闸试验数据的实际情况，从而确保电网的安全稳定运行。

[参考文献]

[1] 国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京：中国电力出版社，2009.

[2] 大型发电机变压器继电保护整定计算导则：DL/T 684—2012[S].

[3] 中国华电集团公司电气及热控技术研究中心.电力主设备继电保护的理论实践及运行案例·电气部分[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

收稿日期：2020-06-24

作者简介：董红彬（1982—），男，陕西渭南人，工程师，主要从事发电厂继电保护和自动装置检修维护工作。