变压器励磁涌流对冶金负荷的影响VIP

使用与维护 使用与维护 第30卷2012年第2期(总第158期) 变压器励磁涌流对冶金负荷的影响 王太祥李贵珍刘英会 (鞍钢股份鲅鱼圈钢铁分公司环境与能源部 营口 1 15007) 【摘要】在一起冶金企业变S,于对变压器低压侧反充电产生励磁涌流，造成相邻负荷 的误跳闸事故，文章分析了励磁涌流产生的机理、影响因素、特征及其对电网负荷的影响，并对稳定措施进行了 初步探讨。 【关键词】 变压器充电 励磁涌流倒闸操作故障 I 1500 【n of a in a to of to at of he of on to 【金企业负荷集中用电量大，整个生产流程 存在大量冲击负荷和非线形负荷，如大型鼓风机、 大型制氧机、大型烧结机及大型整流设备等，同时 多为一、二级负荷，对供电可靠性要求高。在生产 运行过程中，许多设备操作频繁，变压器也会出现 投切操作产生励磁涌流，会引起相邻负荷及用电 设备故障，因此要尽可能考虑励磁涌流的影响，以 保证设备的安全稳定运行。 1问题提出 鞍钢鲅鱼圈钢铁分公司6650负分公司三台制氧机、白灰窑 的供电任务，两台20台空压机为15700 台增压机为89002012年1月10 13进行倒闸操作。当时系统运 行方式为：1号、2号主变压器运行，0号变压器备 用。1号变压器带10号制氧机号制 氧机号变压器带10号制氧机、3号制氧机号煤气发电量为4000 号煤气发电停机检修。系统运行方式见图1。 号 2号 一 l 嘉 毳 t 图1 66氧变电站单线示意 由于设备检修，需要将10将 1511开关合上时，2号增压机纵差保护动作跳闸、2 号氮压机三相不平衡保护动作跳闸，3号空压机低 值反时限过流、三相不平衡保护动作启动，保护未 栏目编辑：陈振华 一3一 发机 峨 电 蓑 第3第158期) 0s 0电雷8雷85如05也 8雷8雷8 s0岔808揶0譬8 、甄、0 、魄0s 出门跳闸。在间隔202倒闸操作故障的原因分析 通过对跳闸设备2号增压机、2号氮压机和3 号空压机进行设备本体检查，表明设备本体无故 障，后倒闸成功也说明了这一点。 21事故记录及录波 211 保护装置事故记录 2号增压机：差保护)跳闸，保护 动作值3L(电动机的额定电流的二次值)。 2号氮压机相序及三相不平衡保 护)跳闸；动作值：6，1L，63n。 3号制氧机：值反时限过流)、 相序及三相不平衡)保护告警；反时限 告警值：1L，1L，L。 逆相序及相07L，8L ，C 相07, 。 212 1号变压器故障录波波形 1号变压器故障电压电流波形见图2，其中A 相交流电流突变133A，9A，C 卡I交流电流突变229A。10图3 使用与维护 钆、25托扎扎屯0 、0乳p 图2 1号变压器电压电流录波 图3 1 2保护配置 主要设备参数及其保护配置见表1。 23事故分析 0号变压器二次没有设专有开关，配有两个分 段开关1511和1514。当101 主要设备参数及其保护配置 一用与维护 第30卷2012年第2期(总第158期) 时，需将151 合上1511开关时，0号变压器低压侧反充电，由于 低压侧电压为105压侧额定电流为 27493A，由于合闸相角的不同，造成了励磁涌流的 大小不同，特别是在电压初相角为0。时，励磁涌 流幅值很大，可能达到48倍低压侧额定电流，因 电压比为66105=63，也即为2525压侧额定电流，现场电流记录值为16320A，其中 含数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次 谐波)和直流分量。造成了电流波形的畸变，三相 不平衡电流很大，通过故障录波波形分析，都达到 增压机、氮压机的差动保护、不平衡电流保护的动 作值从而保护跳闸。而在电压初相角为90。时， 励磁涌流、电压变化和谐波电流均明显降低。所 以倒闸操作成功，没有引起系统波动。 3励磁涌流的机理 当变压器空投或者变压器区外故障恢复时， 会产生励磁涌流，此时变压器磁通偏向时间轴一 侧，变压器励磁涌流的波形特征与电源阻抗、合闸 初始角、铁心剩磁等因素有着直接的关系。 31励磁涌流的影响因素 (1)接入的相角不同产生的涌流不相同：主要 原因是接入的相角不同导致产生的磁链形状和大 小不同，而磁化曲线仅与变压器材料有关，所以相 应的励磁涌流不同，当接入相角为竹2时(该时刻 电压最大)，此时直接进入稳态，不产生励磁涌流， 此时电流较小，仅仅含有基波，不含二次谐波和直 流。当接人角度为0时(该时刻电压最小)，在经过 半个周期时，磁链到达最大值，可以达到2倍的暂 态磁通，磁通严重偏向时间轴的一侧，产生较大的 励磁涌流，励磁电流也偏向时间轴的一侧，含有大 量的二次谐波和直流。当接入角度在0竹2之间 时，产生励磁磁通可能会在时间轴的两侧，当在一 定相角时，磁通在时间轴的一侧达到饱和，在另外 一侧也有较大的磁通(一般不会达到饱和)虽然该 侧磁通没有达到饱和，但也会产生相应的励磁电 流，形成对称性励磁涌流，对称涌流的三次谐波含 量变大，二次谐波含量减小。 (2)剩磁的影响：剩磁的大小和方向对励磁涌 流也会产生较大的影响，当剩磁方向和励磁电流 的磁通方向一致时，对磁通产生助增效应，产生较 大的励磁涌流；当剩磁方向和励磁电流产生的磁 通方向相反时，导致合成磁链形状发生变化，使得 励磁涌流变小。同样剩磁不仅仅会改变励磁电流 的大小，也会改变励磁电流的形状，主要原因在于 剩磁导致磁链的形状和大小发生变化u 。 (3)系统阻抗的影响：系统阻抗主要是影响时 间常数，可以加快或者延缓暂态磁通的衰减，从而 影响励磁电流的大小，系统阻抗的变化对对称性 励磁涌流的产生不会造成影响。 (4)绕组接线形式的影响：对于Y变压器，因为变压器二次侧为一次侧 (载合闸时，一次侧三相绕组的励磁涌流 中没有三次谐波电流，二次侧中有三次谐波， 磁电流将由一次侧绕组电流与二次侧绕组三次谐 波电流共同组成，若二次侧绕组三次谐波电流足 够大，将改变励磁电流的形状，即产生“助增效 应”。三次谐波关于时间轴对称，故产生的励磁涌 流波形呈关于时间轴对称特性。对称励磁涌流的 上下波形几乎对称，有一定的间断区间，但波峰与 波谷的对称励磁涌流波形有一定的区别 。 对于已经完成设计或已经制造出来的具体产 品而言，由于上述诸因素都已确定，励磁涌流的波 形基本上也就确定了。试验结果还表明，励磁涌 流的峰值取决于合闸瞬间铁芯中磁通密度的幅 值，而磁通密度的幅值完全由合闸参数确定，故励 磁涌流的峰值也就完全取决于合闸参数了。在一 定的合闸参数下，单相变压器(包括由三个单相变 压器组成的三相组)、三相三(五)柱式变压器中总 有一相或两相都要产生这种励磁涌流，励磁涌流 不仅会在变压器中产生可观的电磁力，使合闸绕 组变形、错位或绝缘损坏，而且容易导致变压器差 动保护的误动作，使变压器及整个电力系统的工 作稳定性遭到破坏，相问失去平衡，使相邻变压器 产生和应涌流造成跳闸事故。 32励磁涌流的特征 (1)励磁涌流是衰减的尖顶波，故第一个波的 峰值最大。励磁涌流的衰减时间(衰减到l2最 大峰值所经历的时间)大致是从小容量变压器的 02(2)励磁涌流峰值相对于额定电流幅值的倍 数随变压器额定容量的增大而减小。 (3)励磁涌流的波形具有明显的间断角，现场 实测结果表明，在每个工频周期内，间断角为80 120。，试验结果表明，励磁涌流的峰值越大，间断 下转第8页 一5一 第3第158期) 使用与维护 0s 0观也 0蚺s 桃0j 830s 容都检查无误以后，液晶显示屏还不亮则更换液 晶显示屏背光高压单元电路板。 (2)如果液晶显示屏背光高压单元电路板发 生电路损坏，就不能产生高压，使背光管无法点亮 造成黑屏。但此时往往还会因为液晶显示屏背光 高压单元电路板的过流，造成供电电源模块因过 流保护而没有输出。更换液晶显示屏背光高压单 元电路板后，电源保护消除，背光管点亮后，液晶 显示屏恢复正常。 22触摸屏触摸失控 (1)液晶显示屏出现数据显示界面后，用手指 轻轻触摸液晶显示屏上需要数据交换的区域，如 果无法按要求实现界面转换，首先应该检查触摸 屏表面是否有较深的划痕，是否破裂或被尖锐利 器划伤触摸屏表面，使触摸屏因内部电极被划断 失效而报废，此时只能更换触摸屏。 (2)触摸屏编码控制单元电路板损坏，也会造 成触摸转换失效。此时用替换法检查触摸屏编码 控制单元电路板，当好的编码控制单元电路板替 换原先的电路板以后，如果工作正常，说明触摸屏 编码控制单元电路板损坏。 2无数据显示 检查液晶显示屏与微机控制器通讯电缆是否 接触良好，检查液晶显示屏内部主板与显示屏的 连接线带是否脱落。 3结语 根据2009年统计的液晶显示器修复结果，修 复液晶显示器预计经济效益如下： 1台液晶显示器145万元，万元，2429万元， 高压板0041 5万元，触摸屏06万元，编码控制单 元电路板0051 5万元，修复10台液晶显示器需要 成本145万元。 所以应用修复方法处理机车液晶显示器故 障，每年节省备件费用135万元，同时还可以实现 在作业区直接更换使用修复好的备用显示器，节 省机车入库往来时间，提高机车利用率。 根据以上处理方法解决的液晶显示器故障结 果，建议在2011年备件计划中，购入一些液品显爪 器常耗备件进行液晶显示器修复使用。 (2()11_、 ； 蠕 一、 i、! e -、 s、 ：；、 ； # ， ! 尊 、 、 、 一、 - -、 、-、 。 上接第5页 角越明显。 (4)频谱分析结果表明，励磁涌流具有极大的 直流分量和偶次谐波分量。但三相励磁涌流中往 往有一相不含直流分量。国内外的统计资料表 明，虽然三相变压器各相励磁涌流中二次喈波的 含量有一定差异，但总有一相的二次谐波含量较 大，可达基波分量的30以上。在三相变压器的 各相励磁涌流中，二次谐波的最小含量为基波分 量的15左右。 4结论 冶金企业电网存在大量对电压、电流要求高 的设备和控制系统等，随着冶金企业电网的发展， 对电网系统稳定性研究也将更深入。目前对励磁 涌流造成变压器差动保护的影响非常重视，基本 避免了变压器差动保护的误动作现象，但对同母 线、同系统的电动机、迫切需要建立仿真研究，以保障电网的可靠运行。 (1)应重视变压器励磁涌流对系统的影响，特 别在主接线方式安排上要绝对避免出现变压器反 充电的运行方式。 一8一 (2)变压器及变压器相邻负衙的继电保护整 定值应该计算最苛刻合闸参数下的最大励磁涌流 的峰值。若励磁涌流的峰值大于额定短路电流的 峰值时，就必须考虑励磁涌流对设备稳定性的影 响。 (3)励磁涌流造成的电会引起 算机