变压器直流电阻测试产生的剩磁的影响.pdf

S 而 薪 电 力 安 全 技 术 第 l5 卷 (2 0 13 年 第 l 1 期 ) 变压器直流电阻测试产生的剩磁的影响 连杰 ( 安康水力发 电厂 ，陕西 安康7 2 5 0 0 0 ) 摘要安康水力发电厂 l 号发电机 变压 器组小修结束进行开机试验时，变压器产生较 大的 励磁涌流。分析认为此次变压器产生的励磁涌流源于变压器直流电阻测试所产生的剩磁 。指出了变 压器剩磁的危害，提 出了消除剩磁的方法。 关键词 变压器；直 阻测试；剩磁 ；励磁涌流 ；消磁 1 事件经过 根据 2 0 1 3年的春检工作计划 ，安康水力发 电 厂经过 l 2天 时间完成了 l 号水轮机的小修。小修 期间， 共完成了 l 号水轮机机械设备部分改造检查、 1 号发 电机机电设备清扫检查 以及 1 号变压器预防 性试验。 2 0 l 3 0 5 一l 6 T 2 0 ： 4 O ，进行 1 号发 电机开机试 验。因 1 号发 电机 ( 1 F)与 l 号变压器 ( 1 B ) 为单 元接 线 ( 见 图 1 ) ， 所 以采用 l F带 l B空 载开机启 励升压。开机过程 中，l F机端 电压直接升至额定 电压 ，未进行递升加压 。此 时，l 1 0 1 开关还未合 闸并网，计算机监控发出 “ 1 号发电机差动启动告 警” 、“ l F故障录波器启动”光字信号。运行人员 从计算机上位机监控画面观察到 1 号发电机机端出 现 1 0 0 0 A以上的定子电流( 监控画面只能看粗略 值 ) ，大约经过 2 S电流衰减至 0 。于是终止试验 ， 检查相关设备 ，并进行分析 。 现场检查发 电机、 变压器一次设备无异常 青况 ， 1 号发电机一变压器组 1 F B继 电保护系统无动作信 号，1 F B保护装置无任何事件记录，1 号机组故障 录波器启动 ，记录下了 l 号发电机机端三相定子电 流波形。 技术人员对此次录波 图进行分析，发现 1 号 发 电机机端三相 定子 电流 中，B相、C相 电流较 大 ，二 次 侧采 样有 效值 约为 0 6 A( 流互 变 比为 1 2 O O O 5 ，即实际一次 电流约 l 4 4 0 A) ，且还具有 如下特点 ： ( 1 ) 电流偏于时间轴的一侧 ，说明该 电流包含 一 9一 有很大成分的非周期分量 ； 2 l B 图 1 1号发电机 一变压器组接线示意 ( 2 )电流变化 曲线为尖顶波，说 明其 中含有数 值很大的高次谐波分量 ； ( 3 )电流波形之间出现间断。 以上 3个特点完全符合变压器励磁涌流 的特 点。由于 l F机端三相 定子电流 即是 l B低压侧的 三相 电流，而 l B高压侧无 电流，因而 1 B差动保 护采集到的差流就等于该 电流。1 F、1 B在这次设 备检修过程中做过一些电气试验和挣f生 检查，其电 气一次设备绝缘 良好，电气二次设备也没有异常现 象，所 以可以判定该三相 电流的产生是由于受到相 关设备 电气试验的影响 ，造成 l F带 1 B升压时产 生励磁涌流。计算机监控发出的 “ 1 号发电机差动 第 1 5 卷 ( 2 0 1 3 年第 l 1 期) 电力 安 全 技 术 启动告警 ” 信号 ， 实 际上是 l B差流越限告警引起的。 因此， 决定再次空载开机 ， 励磁涌流现象没再出现 ， 设备一切正常 。 2 事件分析 2 1 设备介绍 安康水力 发电厂是上世纪 9 0年代初期投产发 电的大 中型 水 电站 ，4台发 电机分 别与 4台主变 构成单 元接 线。变压 器 l B是 西安变压器 厂上 世 纪 9 0年代初生产 的 S S P 7 -2 4 0 0 0 0 1 1 0型三相 水 冷变压器 ，额定容量为 2 4 0 0 0 0 k VA， 接线组别为 “ Y n， d l l ”接线。发电机 l F单机容量为 2 0 0 MW ， 其 励磁 系统采用 的是东方 电机 厂生产 的 DL S T 一 1 5型他励 可控硅励磁 系统。1 F B继 电保 护设备 是 2 0 1 1 年初改造更换的国 电南 自凌伊 电力 自动化有 限公司生产的 DG T 一8 0 l 系列数字式发 电机变压器 组保 护装置。电气量保 护采用 A柜、B柜双套 化 配置 ，其 中 A柜 、B柜各配置 l 套 D G T一8 0 1 B型 装置。 D G T -8 0 1 B型保护装置配备有发 电机差动保 护 、变压器差动保护 、励磁机差动保护。对于这 3 种差动保护装置 ，设备正常运行时几乎没有差流。 若差动保护区内发生相间短路故障，其差流达到启 动电流整定值时，保护装置则会动作出口切除故障 并发出动作信号 ，还会在装置的事件记录中保存动 作报告 。在某些 隋况下，若差流未达到启动电流整 定值 ，但超过启动 电流整定值的 1 3时，一般预示 差动回路存在某种异常状态，则向监控系统发 “ 差 流越限告警”信号 ，提示运行人员加以监测 ，但保 护装置不会保存此类告警事件的报告 。为了简化设 计 ，A柜、B柜发电机差动保护、变压器差动保护 、 励磁机差动保护的 “ 差流越限告警”信号共用 1 对 信号出 口接点送至监控系统。也就是说 ，其中的任 何一套差动保护差流越限，监控系统都会发出 “ l 号发 电机差动启动告警”光字信号 。 一 般情况下 ，保护装置的告警信号是不保持 的，告警源消失 ，告警信号就返 回。对 1 F B继 电 保护装置检查时没有找到任何事件记录 ，但故 障录 波 图显示 ，通过 l F机端三相的定子 电流 ( 也就 是 l B低压侧的三相电流) 具有变压器励磁涌流特征， 并且 1 F B还未并入电网，即 l 1 0 1 开关处于分闸位 S 置 ，l B高压侧无 电流。此时，l B低压侧 电流就是 1 B差动保护的差流，该电流虽未达到 l B差动保护 启动整定值 ，但超过 1 B差动启动整定电流的 1 3 。 1 B差动保护启动电流整定值 ( 折算到 l B低压侧的 一 次电流值 ) 为 4 0 0 8 A， 其差流越限报警值则应 为 l 3 3 6 A，而故障录波图显示当时实际的电流有 效值达到 1 4 4 0 A。因而可 以认定，此次告警是 1 B 产生励磁涌流造成 l B差动保护差流越限引起的。 2 2 变压器的剩磁与励磁涌流 当变压器 空载投入 或外部故 障切 除电压恢复 时 ，相应侧可能出现很大的励磁 电流。这种暂态过 程中出现的励磁电流称作励磁涌流。在给变压器充 电、外部故障切除电压恢复或其他引起系统电压急 剧变化的情况下 ， 都会使变压器产生励磁涌流。励 磁涌流是 由于铁芯的磁饱和产生的。如果对一台经 过预防性试验的变压器，既没有进行消磁处理 ，也 没有采取其他有效措施，该变压器一定会有不同程 度的剩磁。那么，当机组启励给发电机一变压器组 快速升压时，在剩磁叠加影响下，会加剧励磁涌流 的产生。 在这次 l F小修 期间对变压器 1 B做过的试验 项 目有 ，高低压 绕组的绝缘 电阻 ( 吸收 比) 、直流 泄漏、 直流电阻、 绕组介损 、 套管绝缘等预防性试验 。 一 般来说，交流磁势对变压器会有部分消除剩磁的 作用 ， 而电力变压器在做直流试验后都会产生剩磁 。 剩磁的多少取决于变压器绕组通过的直流 电流强度 和时间。剩磁是铁磁材料的磁滞损耗表现 ，磁滞损 耗是铁磁材料将 电能吸收后转化为磁能的结果，在 交流 回路 中表现为铁损的一部分 ( 与涡流损耗共同 组成变压器 的铁损 ) 。也就是说 ，磁滞损耗是能量 转换的结果 ，因此，与输入的功率和时间有关，即 在变压器绕组上输入的电功率越大 ，时间越长，剩 磁量就越大。 在这次 1 B预试 中能使变压器低压绕组产生剩 磁 的预试项 目是直流 电阻测试。其他试验项目有的 使用交流测试 ，有的使用的直流 电流很小 ，产生的 剩磁可以忽略不计。安康水 电厂直流 电阻测试使用 的是 J D 一2 5 5 0型变压器直阻测试仪，该仪器是专 门为变压器绕组 电阻测量 而设计的快速测试设备 。 它 采用 全 新 的 电源 技术 ，额 定功 率 为 1 2 0 0 W ， 输 出 电流大 。可 输 出的直流 电流 有 5 0 A，2 5 A， l 2 A这 3个 档 位 ，量 程 为 5 0 A( 0 44 0 0 mr 2 ) 、 一 一 S 电 力 安 全 技 术 第 1 5 卷( 2 0 1 3 年 第1 1 期 ) 2 5 A( 18 0 0mQ) 、1 2A( 1 1 6 0 0mQ) 。该仪器 采用单片机作为系统处理的核心， 对整机进行控制， 自动完成校验、稳流判断、数据处理、阻值显示等 功能 ，适合大型变压器直流电阻的测试。 由于变压器绕组可视为被测绕组的电感L与 其 电阻 尺 串联 的等值 电路 ，对其通入直流电流时， 因电感 L中的电流不能突变 ，电路达到稳定的时间 取决于L与尺的比值 ， 即时间常数 丁 。 由于大型 变压器绕组的电感较大、电阻较小，因而时间常数 丁较大，过渡过程时间较长，测量大型变压器的直 流电阻需要很长的时间。 采用 “ Yn，d l l ”接线的 l B低压侧相间直流 电阻大约为 1 3 1 4 mQ，为确保测试精度，测 试时一般选择 5 0 A ( 0 44 0 0 mQ) 的量程。3 组 绕组 的直阻测试时间共需要 1 5 h 。这样大功率的 直流长时间地加在变压器低压绕组上 ，会产生相当 多的剩磁。 2 3 变压器剩磁的危害 变压器剩磁具有一定的危害性 ，表现在当变压 器投入运行时，铁芯剩磁使变压器铁芯半周饱和， 在励磁 电流 中产生大量谐波。这不仅增加了变压器 的无功消耗， 而且可能会引起继电保护装置误动作。 另外 ，铁芯的高度饱和会使漏磁增加 ，引起绕组间 的机械作用力 ，可能造成其固定物逐渐松动 ，还可 能引起金属结构件和油箱的局部过热。局部过热将 加速绝缘老化并使变压器油分解，影响变压器 的使 用寿命。并且，假如产生了数值较大的励磁涌流 ， 还会导致变压器因电动力过大而受损。另外，励磁 涌流中的直流分量还可导致电流互感器磁路被过度 磁化， 大幅降低测量精度和继电保护的正确动作率。 3 变压器剩磁的消除措施 变压器绕组直流电阻的测试会产生剩磁 ，而该 测试是变压器试验中的一个重要试验项目。通过直 流 电阻测试分析 ，可 以发现诸如变压器接头松动、 分接开关接触不 良、档位错误等许多缺陷，对保证 变压器安全运行起到重要作用。 由于变压器剩磁有诸多不良影响，因此在变压 器经过大 电流直流电阻测试后，必须采取适当的消 磁措施。根据剩磁形成的机理，可以采取下列消除 剩磁的措施 。 一 9一 ( 1 )用专用设备 电力变压器消磁仪进行消 磁。随着 电子技术的不断发展 ，一些性能良好的变 压器消磁仪相继面市并得到广泛应用。 ( 2 )直阻流电试验完毕后 ，将直流电阻测试仪 调换极性 ，对变压器绕组再进行 1 次充电，用其所 产生 的磁通抵 消直流 电阻测试时所产生的部分剩 磁。 ( 3 )由于交流磁势对变压器会有部分消除剩磁 的作用 ，可在变压器预试结束时给变压器低压绕组 外加一个交流磁势，以消除剩磁。也可以在变压器 预试的试验顺序上进行尝试 ，例如先做直流测试项 目，最后做交流测试项 目。 ( 4 )对于发电机变压器单元接线系统 ，在变压 器经过大 电流直流电阻测试后的首次升压时，应尽 可能避免直接充全电压 ，而可以采用发变组零起升 压或递升加压等逐渐升高电压的方法 ，这也能很好 地解决变压器的剩磁问题。 4 发变组检修后的启动方式与反思 安康水力发 电厂投产发 电 2 0多年来，在发 电 机、变压器设备新投运或者进行发变组大修检查后 都必须进行发变组零起升压试验，而且在发变组小 修检查后一般也都要进行发变组递升加压试验。采 用零起升压试验方式 ，即发变组 自零 电压开始，逐 步平稳升压 ，直至额定 电压 ，以检查发变组设备是 否还存在故障，可防止直接将全电压加在有故障的 设备上造成设备损坏。发变组递升加压 ，一般是在 升压过程中在发电机额定电压的 3 0 ，5 0 ，8 0 处分别停顿一下 ，检查相关设备无异常后再加压至 1 0 0u e