论变压器励磁涌流下的综合保护装置参数整定

沙晟田

（国网天津电力检修公司，天津300000）

0 引言

电力施工建设中，电力系统设备的主要元器件有高压断路器、隔离开关、电流互感器、避雷器、接地开关、变压器等，二次元器件主要有万转开关、指示灯、测控装置、综合保护装置等器件，这些一次和二次元器件相互配合，实现了设备的电气传动和测量保护功能。高压配电室内一般采用微机综合保护装置对配电设备进行保护，综合保护装置是一种以电流、电压为基本配置，同时集成了各种测量和控制功能的电力自动化产品。综合保护装置根据一次线路中电压互感器、电流互感器二次线圈感应出的二次电压、二次电流进行逻辑判断，并与事先设置的保护参数整定值进行对比，最终通过跳闸出口继电器完成对高压断路器的跳闸操作，从而实现对线路中变压器、电动机、电容器、电抗器等负载的保护。

1 变压器励磁涌流的产生

变压器励磁涌流是由于铁芯的磁饱和产生的，励磁涌流通常在接通电源1/4周期后开始产生，幅度最大值可能超过变压器额定电流的几倍甚至几十倍，持续时间较长，从数十个电源周期直至数十秒不等。励磁涌流的幅度与变压器的二次负荷无关，但持续时间与二次负荷有关，二次负荷越大则涌流持续时间越短，二次负荷越小则涌流持续时间越长，因此空载的变压器涌流持续时间最长。

变压器的容量越大，涌流的幅度越大，持续的时间越长。当在电压过零时刻投入变压器时，会产生最严重的磁饱和现象，因此励磁涌流最大。当在电压为峰值时刻投入变压器时，不会产生磁饱和现象，因此不会出现励磁涌流。

励磁涌流的发生，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初始、电压复原及共振等不同程度的励磁涌流，其瞬时尖峰值及持续时间可能会高达变压器额定值的8～30倍。

2 应用案例介绍

2017年7月30日，运维人员对某220 kV变电站的一组35 kV站用变高压开关柜进行预防性试验，一切条件满足后，为站用变T1变压器进行送电。当操作人员进行手动合闸操作后，综合保护装置保护动作，断路器跳闸，再次手动合闸后断路器又再次跳闸。运维技术人员怀疑电缆线路有故障，或者接地开关没有断开导致电缆线路短路，于是决定对整条电缆线路及站用变进行故障排查。但是整个检查过程下来，没有发现电缆线路及站用变故障或短路情况，查看接地开关在打开状态，并没有接地，高压开关柜内设备表面和内部没有弧光短路现象，也没有明显的放电痕迹，故障排查工作陷入困境。

分析断路器跳闸的主要原因，主要是综合保护装置动作，动作事件是速度保护，动作时间是11 ms，运维技术人员开始从一次系统及二次原理分析着手。从原理图（图1）中看出，综合保护装置的保护电流采集自电流互感器TAa、TAc的二次侧并经接线端子1X9、1X13进入综合保护装置PSL-641UB，接线端子1X10、1X14短接接地，从而实现对变压器馈线回路整条线路的电流采集。综合保护装置经逻辑检测、运算之后，若实测到的电流值大于保定参数设定值，满足条件，则综合保护装置内跳位继电器动作，跳位保持继电器TBJ电流线圈得电并自保，直至断路器跳闸完毕，完成断路器的跳闸保护动作。

图1 保护原理图

3 原因分析

现场技术人员对变压器及相关电缆线路进行检查，并测量绝缘阻值，均未能发现问题，但是综合保护装置却保护动作，综合保护装置保护动作报文如表1所示。

表1 综合保护装置保护动作报文

从现场排查中确认没有其他异常情况，排除设备自身的问题，从综合保护装置事件中可以明显地看到，在变压器送电的一段极短的时间内出现了保护动作。

新投变压器跳闸原因：变压器投入时，变压器需要建立耦合磁场，由于励磁涌流的发生，其瞬时尖峰值可能会高达变压器额定电流的10～20倍，由于综合保护装置的保护参数设置不合理，如瞬时保护时间为0 s，小变比电流互感器二次额定电流就会很大，直接导致综合保护装置瞬时跳闸。

第二次事件中变压器跳闸原因：当系统投入大功率变压器时，由于励磁涌流的发生，线路系统电压突降，只要系统电压一有变动，就会产生新的不同程度的励磁涌流，其瞬时尖峰值及持续时间可能会高达变压器额定值的8～30倍。由于综合保护装置的保护参数设置不合理，如瞬时保护时间为0 s，小变比电流互感器二次额定电流就会很大，直接导致综合保护装置瞬时跳闸。

根据上述原因分析，由于变压器励磁涌流的特性，综合保护装置参数设置不当，导致变压器投运频频失败。

这两次事件充分体现了综合保护装置参数设置正确合理的重要性。如综合保护装置参数设置不合理，不但影响设备本身的送电情况，还会引起该系统的电压波动，导致该系统的带电设备掉闸，引发更大范围的停电，给企业的运行带来较大的损失。

4 解决方案

综合上述事件的分析，我们重新调整了综合保护装置的定值参数。根据现场投运使用要求，保护投入的有：速断保护、Ⅰ段电流保护、Ⅱ段电流保护、零序电流保护；变压器容量为3 150 kVA；根据公式UI计算出高压侧电流值为52 A，现场电流互感器变比为300/1，对综合保护装置参数重新设置如下：

（1）速断保护电流设置为6～8倍的额定电流，则二次电流应为1.39 A，动作时间为100 ms；

（2）Ⅰ段保护电流设置为2.5倍的额定电流，则二次电流应为0.43 A，动作时间为1.0 s；

（3）Ⅱ段保护电流设置为1.1倍的额定电流，则二次电流应为0.2 A，动作时间为2.0 s。

5 结语

设置综合保护装置的速断保护参数时，一定要注意变压器励磁涌流特性对电力系统电压的影响。保护参数设置要合理，速断保护的动作时间一定要避开励磁涌流，既能让综合保护装置正确判断变压器的励磁涌流以免导致综合保护装置误判断引起断路器跳闸，又能在送电时对变压器自身故障进行及时保护能够让断路器及时跳闸。结合实际的工程应用，变压器的励磁涌流一般按照额定电流的10倍计算，然后根据一次电流互感器的变比，测算出综合保护装置的二次电流值，时间上才可以设置为0 s，否则就会因为励磁涌流的冲击导致综合保护动作。

[1]邹立鑫.简述变压器的励磁涌流对电网稳定运行的影响[J].民营科技，2017（10）：57.

[2]汤军.涌流抑制技术应用[J].农村电气化，2017（8）：26-27.