變壓器勵(lì)磁涌流的危害及控制措施

變壓器勵(lì)磁涌流的危害及控制措施

磁體的勵(lì)磁電流僅通過磁體的一側(cè)。當(dāng)合空載變壓器時(shí),會(huì)出現(xiàn)幅值很大的勵(lì)磁涌流,造成保護(hù)裝置動(dòng)作、斷路器跳閘。某公司66kV雙北變電所主變壓器充電時(shí),因保護(hù)未躲過勵(lì)磁涌流而動(dòng)作跳閘,使主變壓器充電失敗,現(xiàn)分析如下。以下某變電所簡稱某變,主變壓器簡稱主變。1事故發(fā)生1.1雙一變雙北變母聯(lián)過電流保護(hù)變電所主接線見圖1。a.將220kV雙一變66kV東母線所有元件倒至西母線運(yùn)行,東母線停電并退出母差保護(hù);b.修改雙一變66kV母線保護(hù)中的母聯(lián)過電流保護(hù)定值(電流7A,時(shí)間0.2s)并投入母聯(lián)斷路器過電流保護(hù);c.經(jīng)母聯(lián)斷路器向66kV東母線空載充電;d.投入雙北變主變差動(dòng)、輕(重)瓦斯、調(diào)壓瓦斯、復(fù)合電壓閉鎖過電流等保護(hù)壓板;e.合上雙一變66kV雙北變主變一次東隔離開關(guān)、乙隔離開關(guān),經(jīng)2QF向66kV主變充電。1.2保護(hù)動(dòng)作分析第1次合雙北變主變2QF斷路器后,66kV母線微機(jī)保護(hù)中的母聯(lián)過電流保護(hù)動(dòng)作,跳開66kV母聯(lián)斷路器,主變充電失敗。66kV母線保護(hù)動(dòng)作報(bào)告顯示:66kV母聯(lián)過電流保護(hù)動(dòng)作電流10.49A,故障時(shí)間0.28s。分析原因如下:a.母聯(lián)過流保護(hù)動(dòng)作,說明合閘瞬間電流過大;b.主變低壓側(cè)斷路器在分閘狀態(tài),排除變壓器區(qū)外故障;c.主變受沖擊時(shí),會(huì)產(chǎn)生幅值很大的勵(lì)磁涌流;d.主變差動(dòng)保護(hù)有躲開勵(lì)磁涌流的措施,所以差動(dòng)保護(hù)沒有動(dòng)作;經(jīng)以上分析,判斷變壓器的勵(lì)磁涌流電流和時(shí)間超過整定值是引起66kV母聯(lián)斷路器過電流保護(hù)動(dòng)作的原因。2對(duì)壓裂磁流的特點(diǎn)和危害2.1變壓器容量的影響a.勵(lì)磁涌流含有數(shù)值很大的高次諧波分量(主要是2次和3次諧波),因此,勵(lì)磁涌流的變化曲線為尖頂波。b.勵(lì)磁涌流的衰減常數(shù)與鐵心的飽和程度有關(guān)。飽和程度越深,電抗越小、衰減越快,因此,在開始瞬間衰減很快,以后逐漸減慢,經(jīng)0.5～1.0s后其值不超過0.25～0.50In。c.一般情況下,變壓器容量越大,衰減的持續(xù)時(shí)間越長,但總的趨勢是涌流的衰減速度往往比短路電流衰減慢一些。d.勵(lì)磁涌流的數(shù)值很大,最大可達(dá)額定電流的8～10倍。當(dāng)一臺(tái)斷路器控制一臺(tái)變壓器時(shí),其電流速斷保護(hù)的整定值可按變壓器勵(lì)磁電流來整定。2.2變壓器誤動(dòng)作造成停機(jī)a.勵(lì)磁涌流引發(fā)變壓器的保護(hù)裝置誤動(dòng)作,使變壓器的投運(yùn)頻頻失敗;b.變壓器出線短路故障切除時(shí)所產(chǎn)生的電壓突增,誘發(fā)變壓器保護(hù)誤動(dòng)作,使變壓器各側(cè)全部停電,帶不上負(fù)荷;c.變壓器空投產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流,將誘發(fā)鄰近其它電站等正在運(yùn)行的變壓器產(chǎn)生“和應(yīng)涌流”而誤跳閘,造成大面積停電;d.數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流會(huì)導(dǎo)致變壓器及斷路器因電動(dòng)力過大受損;e.勵(lì)磁涌流中的直流分量導(dǎo)致電流互感器磁路被過度磁化而大幅降低測量精度和繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率;f.勵(lì)磁涌流中的大量諧波對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染。3避免激勵(lì)流波動(dòng)的影響3.1峰值時(shí),合閘時(shí)消弱勵(lì)磁涌流變壓器磁通在合閘電壓角為0°時(shí),磁通為最大值,此時(shí)勵(lì)磁涌流也達(dá)到最大值。在合閘電壓角為90°時(shí)(即電壓峰值時(shí))合閘,磁通最小,勵(lì)磁電流也最小,一般不超過額定電流的2%～10%。因此,可在合閘角為90°(即電壓峰值時(shí))時(shí)合閘,來消弱勵(lì)磁涌流。經(jīng)仿真計(jì)算可知,合閘時(shí)間分散度為0.5ms的情況下,勵(lì)磁涌流的幅值與三相隨機(jī)合閘相比,減少了94.4%。隨著控制開關(guān)合閘時(shí)間技術(shù)的不斷發(fā)展,此種方法是最易實(shí)現(xiàn)的方法。3.2修改保護(hù)值，打開磁粉流域3.2.1保護(hù)降壓裝置避免外部勵(lì)磁流下面以CSC-326系列數(shù)字式變壓器保護(hù)裝置為例說明。3.2.1.次諧波制動(dòng)系數(shù)采用三相差動(dòng)電流中二次諧波與基波的比值作為勵(lì)磁涌流閉鎖判據(jù):Id2w>KXB×Idw式中:Id2w為差動(dòng)電流中的二次諧波分量;Idw為差動(dòng)電流中的基波分量;KXB為二次諧波制動(dòng)系數(shù)定值。采用或門閉鎖方式,即三相差流中某相判為勵(lì)磁涌流,閉鎖比率差動(dòng)保護(hù)。3.2.1.模糊鄰近度法模糊識(shí)別原理是通過計(jì)算三相差電流的差流導(dǎo)數(shù)的比值作為勵(lì)磁涌流閉鎖判據(jù),制動(dòng)判據(jù)如下:設(shè)差流導(dǎo)數(shù)為I(k),每周的采樣點(diǎn)數(shù)是2n,對(duì)數(shù)列:X(k)=|I(k)+I(k+n)|/[|I(k)|+|I(k+n)|](k=0,1,2,…,n)可認(rèn)為X(k)越小,該點(diǎn)所含的故障信息越多,即故障的可信度越大;反之,X(k)越大,該點(diǎn)所含的涌流的信息越多,即涌流的可信度越大。取一個(gè)隸屬函數(shù),設(shè)為A[X(k)],綜合半周信息,對(duì)k=0,1,2,…,n,求得模糊貼近度N為:取門檻值為k,當(dāng)N>k時(shí),認(rèn)為是故障;當(dāng)N<k時(shí),認(rèn)為是勵(lì)磁涌流。采用按相閉鎖,即三相差流中某相判為勵(lì)磁涌流時(shí),僅閉鎖該相比率差動(dòng)保護(hù)。3.2.1.間斷角與波寬對(duì)勵(lì)磁涌流的保護(hù)間斷角閉鎖是鑒別短路電流與勵(lì)磁涌流波形的差別。與短路電流不同,勵(lì)磁涌流的波形之間出現(xiàn)間斷,在一個(gè)周期中間斷角為α,如圖2所示。采用測量各相電流的間斷角與波寬β判別勵(lì)磁涌流,判據(jù)如下:當(dāng)α>65°或β<140°,判為涌流情況,閉鎖比率差動(dòng)保護(hù);當(dāng)α<65°或β>140°,判為變壓器內(nèi)部故障,開放比率差動(dòng)保護(hù)。間斷角原理采用按相閉鎖,即某相滿足閉鎖條件,僅閉鎖該相比率差動(dòng)保護(hù)。3.2.2主變充電過程中保護(hù)催化沖突通常10kV配電線路上T接大量的變壓器,在線路送電投入或跳閘重合時(shí),由于這些變壓器是T接在線路上,在合閘瞬間,各變壓器所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流在線路上互相迭加,如圖3所示,產(chǎn)生了一個(gè)復(fù)雜的電磁暫態(tài)過程。在系統(tǒng)阻抗較小時(shí),會(huì)出現(xiàn)較大的涌流,造成配電線路保護(hù)誤動(dòng)作,因此在過電流速斷保護(hù)整定中應(yīng)增加一定延時(shí),即可躲過勵(lì)磁涌流。對(duì)于雙北變主變充電,在現(xiàn)有情況下,只有采用保護(hù)躲勵(lì)磁涌流的方法,因此將雙一變66kV母線保護(hù)中的66k