厂用变压器差动保护因励磁涌流误动原因分析.doc

厂用变压器差动保护因励磁涌流误动原因分析及防范措施摘 要 根据伊敏发电厂6/0.4kV厂用变压器差动保护因未躲过励磁涌流引起保护误动事例分析，在制订微机保护装置误动防范措施时，根据变压器投运过程中出现的励磁涌流为分析基础，从微机保护装置采用的元器件及制造工艺等软、硬设计方面以及所采取相应的对策入手，从中找出解决问题的可靠措施。关键词励磁涌流 差动保护误动 二次谐波制动 防范措施一、变压器励磁涌流的产生原因及分析当变压器子在停电状态时，变压器铁芯内部的磁通接近或等于零，当给变压器充电时，铁芯内产生交变磁通，这个交变磁通从零到最大叫做铁芯励磁，我们把这一过程产生的电流叫做变压器励磁涌流，这个电流要高于变压器的额定电流，从变压器的机械力、电动力到保护整定都要为躲过励磁涌流整定！ 励磁涌流产生的原因是:变压器投入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时,其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量,因此产生较大的涌流,其中最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍。 其特点是:励磁涌流随变压器投入时系统电压的相角、变压器铁芯的剩余磁通和电源系统阻抗等因素有关。最大涌流出现在变压器投入时电压经过零点瞬间(该时磁通为峰值）。变压器涌流中含有直流分量和高次谐波分量,随时间衰减,其衰减时间取决于回路电阻和电抗,一般大容量变压器约为5-10秒,小容量变压器约为0.2秒左右。当合上断路器给变压器充电时，有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大，然后很快返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常称之为励磁涌流，特点如下：1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，主要是偶次谐波，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。2)励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.51s后其值不超过(0.250.5)In。3)一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。4)励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的68倍。当整定一台断路器控制一台变压器时，其速断可按变压器励磁电流来整定5）励磁涌流和铁芯饱和程度有关，同时铁芯的剩磁和合闸时电压的相角可以影响其大小。励磁涌流（inrush current)的发生，很明显是受励磁电压的影响。即只要系统电压一有变动，励磁电压受到影响，就会产生励磁涌流。 在不同的情况下将产生如下所述的初始（initial inrush)、电压复原（recovery inrush)及共振（sympathetic inrush 共感）等不同程度的励磁涌流。其瞬时尖峰值及持续时间，将视各因素的综合情况而定，可能会高达变压器额定电流的830倍。二、伊敏发电厂三期厂用变压器比率差动保护误动事例分析2012年10月28日14：00操作5B汽机变高压侧开关时，5B汽机变压器比率差动保护动作，同时三期#3起备变故障录波器5B备用进线Ia、Ib电流突变量启动图1 2012年10月28日14：00操作5B汽机变高压侧开关，#3起备变故障录波器Ia、Ib电流突变量启动后，5B备用进线Ia、Ib、Ic故障前后基波分量图形 图2 2012年10月28日14：00操作5B汽机变高压侧开关，#3起备变故障录波器Ia、Ib电流突变量启动后，5B备用进线Ia、Ib、Ic故障前后二次谐波分量图形1、 从图2可以看出故障前波形成正弦分布状态，无二次谐波分量。故障后有大量的谐波分量，波形偏向时间轴一侧，非正弦状态。2、 从图2 B相故障后第一个周波录波数据中得知二次谐波值为0.138A），从图1 B相故障前第一个周波录波数据和故障后第一个周波录波数据分别查出基波值为0.215A、1.020A ,所以故障电流的基波值为1.020A-0.215A=0.805A，故障电流二次谐波占基波的比率为0.136A/0.805A=0.16893、 汽机变差动保护装置报文：“二次电流A相6.3A，B相11.5A、C相6.4A”，汽机变CT变比300/5A,折合到一次侧B相电流为11.5A*60=690A ，5B备用进线开关CT变比4000/5A, 0.805A*800=644A690A,如果按一次侧690A进行计算二次谐波比率应为0.136A/（690A/800）=0.15764、 通过电流波形的基波和谐波幅值计算80ms内二次谐波与基波的比率均小于5B汽机变差动保护整定的二次谐波制动系数0.25、 通过#3起备变录波器5B备用进线开关电流波形可以看出，电流波形偏向时间轴一侧，包含很大成分的非周期含量，二次谐波含量成分大，波形之间出现间断，这个电流波形特点符合励磁涌流的所有特点。所以可以初步判断5B汽机变比率差动保护动作是由于5B汽机变压器空充时，变压器励磁涌流造成，虽然也设置了二次谐波制动，但是制动比设置为0.2（上限），没有起到制动作用，因为通过计算当时的二次谐波比率为0.157，远小于0.2，从而造成比率差动保护误动。6、 2009-05-25 16:47:40二期B公用变空充时来“差动速断保护”动作跳闸。经就地检查保护装置及测量值已达到保护装置差动速断动作值，#2起备变故障录波器波形显示A相突变较大，故障电流波形具有成励磁涌流特征。经厂部批准，已将差动速断定值由原12.5A整定为13.7A，充电试运正常，可以投运。7、 2011-02-26 07:52 三期B脱硫变压器来“差动速断保护”跳闸。三期B脱硫变差动速断保护动作原因检查为变压器充电时励磁涌流高于差动速断保护定值，经厂部批准，已将B脱硫变差动速断保护定值由原11.5A按实际充电电流值整定为18A，充电试运正常，可以投运。三、伊敏发电厂三期厂用变压器高压侧开关操作过程中#3起备变故障录波器电流突变量启动后，进线电流二次谐波含量分析图3 2012-10-08 15:02三期A脱硫变充电时,#3起备变故障录波器Ic电流突变量启动后，5A备用进线Ia、Ib、Ic基波分量图形 图4 2012-10-08 15:02三期A脱硫变充电时,#3起备变故障录波器Ic电流突变量启动后，5A备用进线Ia、Ib、Ic二次谐波分量波形图从图3 C相电流突变量启动后第一个周波录波数据分别查出基波值为0.921A , 从图4 C相电流突变量启动后第一个周波录波数据中得知二次谐波值为0.210 A，所以C相电流二次谐波占基波的比率为0.210A/0.921A=0.2280.2（整定值），三期A脱硫变充电时虽然也存在励磁涌流但是由于二次谐波比率大于整定值，二次谐波制动功能能可靠制动励磁涌流，所以三期A脱硫变充电正常。图5 2012-10-08 22:16 #5机5A除尘变充电时，#3起备变故障录波器Ia、Ic电流突变量启动后，5A备用进线Ia、Ib、Ic二次谐波分量波形图图6 2012-10-08 22:16 #5机5A除尘变充电时二次谐波分量波形图从图5 A相故障后第一个周波录波数据分别查出基波值为0.873 A , 从图6 A相故障后第一个周波录波数据中得知二次谐波值为0.177 A，所以故障电流二次谐波占基波的比率为0.210A/0.921A=0.20270.2（整定值），三期5A除尘变充电时虽然也存在励磁涌流但是由于二次谐波比率大于整定值，二次谐波制动功能能可靠制动励磁涌流，所以三期5A除尘变充电正常。四、厂用变压器空充时防止差动保护因励磁涌流造成误动的防范措施从以上厂用变压器充电时差动保护误动原因分析多为励磁涌流造成。可见励磁涌流的存在对变压器差动保护的整定值增加了难度，二次谐波制动系数过低，容易造成真正的故障时保护拒动，过高又容易引起差动保护误动。所以为了保证设备的安全可靠，必须采用理论计算整定与现场多次实际测试相结合的原则。为了消除励磁涌流的影响一般元件式继电保护采取接入速饱和变流器的方式法，微机保护一般采用二次谐波制动的方式和利用波形间断原理进行判别。这两种方式都有一定的局限性。目前最好的方