励磁涌流对变压器差动保护影响的分析与探讨.pdf

文章编号 1004 289X 2010 05 0015 03 励磁涌流对变压器差动保护影响的分析与探讨 解奎元 1 张 柳2 许傲然2 1 广东国华粤电台山发电有限公司设备部 广东 台山 529228 2 沈阳工程学院 继电教研室 辽宁 沈阳 110136 摘 要 通过对变压器励磁涌流波形特点的分析 探讨了其差动保护可靠性及其与高压试验之间的关系 以一起 大型变压器 电压等级为 500k V 的差动保护误动的实际案例进行分析 对其现场第一手数据和试验波形进行研 究和分析 发现为避免励磁涌流引发了变压器差动保护的误动作 现场技术人员在进行差动保护整定计算的过程 中 不仅要使所用参数 数据符合相关的规程和标准 熟悉差动保护的特性 同时也必须要了解高压试验对变压器 励磁涌流特性的影响 并且还要更充分地发挥现代微机录波装置等仪器的作用 才能尽可能地提高变压器差动保 护的实际效果 关键词 励磁涌流 谐波 差动保护 高压试验 中图分类号 TM40 文献标识码 B Analysis and Discussion of the Effect of the Exciation Surge on the Transformer D ifferentialProtection XIE Kui yuan 1 ZHANG Liu2 XU Ao ran2 1 Guangdong Radio Guangdong Guohua Power Company Li mitedM ountain Equipment D ivision Tais han 529228 China 2 Shenyang Institute ofEngineering Relay Teaching andResearch Section Shenyang 110136 China Abstract By the analysisof the characteristic of the tranfor mer s excitation surgewaveforms the relations between reli ability of the differential protection and itshigh voltage test are discussed Taking a practical case of the differential pro tectionmalfunction of a large transfor mer Voltage rating of 500kV to analyze The firsthand data and the testwaveform for the site are studied and analyzed to find that to avoid the excitation surge to cause the transformer differential protec tionmalfunction when the technicianson the site carry out the setting calculation of the differentialprotection theymake not only the para m eters and data to be used w ith meet the specification of the related rules and standards but also know the effect of the high voltage test on the excitation surge characteristics of the transformer M eanti me we must fully give play to modernm icrocomputer oscillograph to increase practical effect of the transfor mer differential protection Key words excitation surge har monic differential protection high voltage test 1 变压器励磁涌流 变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电气 设备 在能量转换过程中 当合闸瞬间电压为零值时 它在铁芯中所建立的磁通为最大值 m 可是由 于铁芯中的磁通不能突变 即合闸前铁芯中没有磁通 这一瞬间仍要保持磁通为零 因此 在铁芯中就出现 一个非周期分量的磁通 fz 其幅值为 m 变压器绕组中的励磁电流和磁场的关系是由变压 器铁芯的磁化特性所决定的 铁芯越饱和 产生一定 的磁通所需的励磁电流就愈大 由于在最不利的合闸 瞬间 铁芯中磁通密度最大值可达 2 m 这时铁芯的 饱和情况将非常严重 因而励磁电流的数值大增 励磁 涌流就产生了 1 1 励磁涌流的特点 影响其波形特征的因素有很多 如系统电压和系 统阻抗大小 合闸初相角 剩磁磁通大小和方向 铁芯 饱和磁通大小 磁滞回线和局部磁滞环 三相绕组接线 15 电气开关 2010 No 5 方式 中性点接地方式 三相铁芯型式 TA传变特性及 二次接线方式等等 都会影响励磁涌流 而励磁涌流 的特点主要反映在励磁涌流的波形上 典型的励磁涌 流波形如图 1所示 图 1 典型的励磁涌流波形 简单来说 励磁涌流主要有以下三点 数值很 大 并含有明显的非周期分量电流 使励磁涌流波形明 显偏于时间轴的一侧 含有明显的高次谐波电流分 量 其中以二次谐波电流分量最为明显 励磁涌流波 相邻波形之间存在 间断角 励磁涌流 经过 TA的传变后二次涌流中的偶次谐波有所增加 有利于采用 2次或偶次谐波制动原理的差动保护在空 载合闸时不误动 励磁涌流呈现不衰减的准稳态特 性 正是因为准稳态特性 涌流成为周期性的非正弦稳 态电流 为采用傅氏级数的谐波分析方法创造了前提 使得谐波分析所得到的二次谐波和间断角偏小 给差 动保护在空载合闸时的防误动能力留下更高的可靠性 裕度 下图为某厂 2号高压启备变 三相五柱 220kV Y Y Y 1接线 各侧 TA为 Y接线 高压侧空载合闸 时 TA二次侧励磁涌流波形图 图 2 励磁涌流波形图 图 3 励磁涌流二次谐波波形图 从以上波形图可以清楚地看到励磁涌流经过 TA 暂态传变后的波形特点 2 差动保护定值配置 以折线型比率制动特性的差动保护为例说明 一 般差动保护需要配置 TA安装位置及保护范围 最小 启动电流 最小拐点电流 折线斜率 二次谐波或偶次 谐波制动比例 五次谐波制动比例 各侧平衡系数 保 护出口等 整定计算中所用到的数据应参考实际可能 出现的数据和实验数据 同时应针对保护装置类型进 行保护定值设置且不可一概而论或盲目参考经验值 这样才是具有实际意义的差动保护配置 3 励磁涌流引发的差动保护误动案例分析 本文选择一起实际发生的电压等级为 500kV 的 大型变压器进行励磁涌流引发差动保护误动的波形进 行分析 3 1 变压器高压侧空载合闸励磁涌流波形图 某厂 5号主变停运 对变压器进行了绝缘测试 绕 组直流电阻测量 介质损耗试验 直流泄漏电流测试等 预防性试验项目 变压器型号为 三相五柱 500kV Y d11接线 各侧 TA为 Y接线 检修后 Y侧空载合闸 差动保护动作跳闸 TA二次侧电流波形如图 4 5所 示 图 4 励磁涌流波形图 15 15 图 5 励磁涌流二次谐波图 7 5 7 5 3 2 变压器励磁涌流波形分析 由上述波形可知 TA二次侧励磁涌流波形完整而 且明显 间断角明显 准稳态周期性的非正弦波形明 显 二次谐波在合闸后第一个周波非常明显 但是第二 个周波之后迅速下降至 5 以下 分闸前最后一个波 形中二次谐波与合闸前第一个周波相似 因此根据短 16 电气开关 2010 No 5 路电流中没有二次谐波的特点 可以适当将二次谐波 闭锁定值由通常的 15 20 调整为 5 从而提高 差动保护空载合闸后的动作成功率 本次跳闸后技术人员不仅分析了波形 而且查阅 了本台变压器之前空载合闸记录从未发生差动保护误 动情况 同时该厂 4号主变同样进行了上述高压试验 项目后 首次冲击合闸也出现过差动保护动作先例 针对此情况专家组进行多次深入分析 最终认为本次 空载合闸差动保护未躲过励磁涌流的重要原因是变压 器绕组直阻测试时造成铁芯剩磁 导致空载合闸时励 磁涌流增大 一般情况下退磁可采用交流升压退磁等 退磁方法 随后对变压器高压试验项目进行了调整并 对绕组直阻测试电压电流和方法进行了优化 在此后 3年的跟踪研究时间 内该类型变压器再未发生差动 保护动作的情况 实践证明了变压器绕组直阻测试等 高压试验项目对变压器励磁涌流的影响很大 4 结论 1 变压器铁磁及磁路的影响改变了差动保护的 原理基础 导致变压器保差动保护难以实现 100 正 确动作 但是继电保护技术人员在保护定值设置 闭锁 设置等方面入手依然可以提高差动保护在特殊情况下 的动作准确率 2 现场技术人员在进行差动保护整定计算的过 程中 不仅要使所用参数 数据符合相关的规程和标 准 更应该充分发挥现代微机录波装置等仪器的作用 尽可能获得现场第一手的试验数据和波形 为变压器 差动保护提供真实的数据参考 提高变压器差动保护 的实际效果 3 变压器的励磁涌流是一个不可避免的客观存 在的问题 变压器高压试验对改变铁芯剩磁从而影响励 磁涌流也是客观存在的 因此继电保护人员不仅需要熟 悉差动保护的特性 也需要了解高压试验对变压器励磁 涌流特性的影响 从而提高差动保护正确动作率 4 大型主变压器空载存在励磁涌流的同时 与 之用封闭母线连接的高厂变也会出现励磁涌流 同样 连接在同一母线上的另外一台主变压器也会发生和应 涌流导致差动保护误动 因此在一台主变高压侧空载 合闸时其本身差动保护 高厂变差动保护以及另外一 台主变的差动保护都有误动的可能性 现场人员需要 密切关注这一现象 因此 防止大型变压器高压侧冲击合闸励磁涌流 导致差动保护误动是继电保护人员持续努力的方向 本文通过对励磁涌流波形和差动保护误动作案例的分 析 提出调整和优化变压器高压试验项目的方法 对防 止差动保护误动和提高冲击合闸成功率很有效 非常 值得推广 参考文献 1 王维俭 电气主设备继电保护原理与应用 M 2版 中国电力出 版社 2005 2 刘玉欢 陆于平 林霞 基于磁制动原理的特高压变压器励磁涌流 快速识别 J 中国电机工程学报 2007 34 3 孙叶 和应涌流对变压器 TA 饱和及涌流闭锁条件影响的分析 J 科技资讯 2007 24 收稿日期 2010 06 28 上接第 14页 资低 网损小 在技术方面 20kV配电网可以提高供电 能力 增加供电半径 减少线路走廊 20kV配电网在 经济与技术方面具有明显优势 但由于种种原因 20kV配电网在我国并没有成规模的实施与发展 为 了适应负荷增长的需要与实现电网的节能降耗 需要 加大 20kV配电网的实施力度 对于 20kV 配电网的 实施提出以下建议 1 在城市新区规划与建设中 积极推进 20kV配 电网 积累 20k V配电网规划与运行方式的经验 2 在城市负荷密度大 负荷比较集中的区域 可 以进行 10kV电网升压为 20kV电网的改造 通过改 造的实施 积累升压改造方面的经验 制订升压改造方 面的技术范围或技术导则 3 在 110kV降压变电站建设规划时 进行 10kV 与 20kV 配电网的比较 在可行的情况下 优先选用 20kV配电网 在不得以选择 10kV配电网时 适当考 虑日后升压为 20kV的可能性 4 逐步取消 37 5 10 5kV的电压等级变换 在 对供电距离长 设备陈旧的农网进行改造时