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 725000）

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 725000）

安康水力发电厂1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。

变压器；直阻测试；剩磁；励磁涌流；消磁

1 事件经过

根据2013年的春检工作计划，安康水力发电厂经过12天时间完成了1号水轮机的小修。小修期间，共完成了1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。

2013-05-16T20:40，进行1号发电机开机试验。因1号发电机（1F） 与1号变压器(1B)为单元接线(见图1),所以采用1F带1B空载开机启励升压。开机过程中， 1F机端电压直接升至额定电压，未进行递升加压。此时，1101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”、“1F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1 000 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情况，1号发电机—变压器组1FB继电保护系统无动作信号，1FB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1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12 000/5，即实际一次电流约 1 440 A)，且还具有如下特点：

(1) 电流偏于时间轴的一侧，说明该电流包含有很大成分的非周期分量；

图1 1号发电机-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1F机端三相定子电流即是1B低压侧的三相电流，而1B高压侧无电流，因而1B差动保护采集到的差流就等于该电流。1F、1B在这次设备检修过程中做过一些电气试验和特性检查，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1F带1B升压时产生励磁涌流。计算机监控发出的“1号发电机差动启动告警”信号，实际上是1B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90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1B是西安变压器厂上世纪90年代初生产的SSP7—240 000/110型三相水冷变压器，额定容量为240 000 kVA,接线组别为“Yn,d11”接线。发电机1F单机容量为200 MW，其励磁系统采用的是东方电机厂生产的DLST—15型他励可控硅励磁系统。1FB继电保护设备是2011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DGT—801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1套DGT—801B型装置。

DGT—801B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。在某些情况下，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“1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1FB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1F机端三相的定子电流(也就是1B低压侧的三相电流)具有变压器励磁涌流特征，并且1FB还未并入电网，即1101开关处于分闸位置，1B高压侧无电流。此时，1B低压侧电流就是1B差动保护的差流，该电流虽未达到1B差动保护启动整定值，但超过1B差动启动整定电流的1/3。1B差动保护启动电流整定值(折算到1B低压侧的一次电流值)为4 008 A,其差流越限报警值则应为1 336 A，而故障录波图显示当时实际的电流有效值达到1 440 A。因而可以认定，此次告警是1B产生励磁涌流造成1B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—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1F小修期间对变压器1B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1B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JD—2550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1 200 W，输出电流大。可输出的直流电流有50 A，25 A，12 A 这 3 个档位，量程为 50 A(0.4～400 mΩ)、25 A(1～800 mΩ)、12 A(1～1 600 mΩ）。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R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R的比值,即时间常数T。由于大型变压器绕组的电感较大、电阻较小，因而时间常数T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，d11”接线的1B低压侧相间直流电阻大约为1.3～1.4 mΩ，为确保测试精度，测试时一般选择50 A(0.4～400 mΩ)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。

(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20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 30 %，50 %，80 %处分别停顿一下，检查相关设备无异常后再加压至100 %Ue，最后并网带负荷。

发变组零起升压和递升加压不但可以有效防止直接将全电压加在有故障的设备上造成的设备损坏，更对变压器消除剩磁具有至关重要的作用。20多年来，该厂对发变组设备一直按部就班地做好设备修后零起升压和递升加压试验。但近年来，部分相关技术人员对零起升压和递升加压试验的重要性有所忽视，特别是对发变组小修检查后进行发变组递升加压试验的必要性认识不足。对此次进行发变组小修检查后的开机试验时，未进行发变组递升加压试验项目造成的事故隐患需要进行反思。

2013-07-29）