一例变压器空充跳闸原因分析与预防

蒋庆云

【摘 要】大型变压器在空载投运时， 因励磁涌流易引起差动保护误动。结合某大型变压器空载投运时发生因励磁涌流引起的差动保护误动故障， 对励磁涌流的特性、保护误动的原因及预防等进行了探讨和分析。

【关键词】变压器；励磁涌流；差动保护；预防措施

中图分类号： TM411.2 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0225-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.109

【Abstract】The differential protection may cause malfunction in the reason of inrush current in no-load condition of large transformer .Based on the reasons and phenomena about remanence generating， the paper discusses and analyzes characteristics of inrush current and causes for the differential protection malfunction .In the end，the article introduces some precautions for protection malfunction.

【Key words】Transformer；Inrush current；Differential protection；Precaution

0 引言

大型变压器在合闸充电时，由于其电感性，以及合闸瞬间确定的充电电压相角，会存在最大7～9 倍的励磁涌流[1]。根据U=L×di/dt，如果合闸时正弦电压最大则可以平稳过渡；一旦不在此相位，特别是在过零位电压时，将产生巨大的冲击电流即励磁涌流。励磁涌流是由于变压器铁芯磁通饱和所引起的冲击电流，其大小与变压器等值阻抗、合闸初相角、剩磁大小、铁芯结构及材质等因素有关。差动保护是变压器的主保护， 其整定值应在变压器空充励磁涌流下不误动。

1 概述

2018年3月3日，某500kV变压器检修后由220kV侧进行充电，该变压器的二套保护比率差动保护动作、出口跳闸，变压器非电量保护未动作、瓦斯继电器内无气体。在该次例检中该变压器进行了例行检修及试验，保护综自部检，一次检修及试验均合格，保护综自部检试验均合格。3月4日在现场一、二次专业检查及油色谱试验确认该变压器无故障后再次由该变220kV侧进行充电，并成功合闸。

2 分析及处理

2.1 一次专业检查

该变压器跳闸后从该变压器C相高、中、低三部位取油样进行油样试验，试验数据均合格；跳闸时外部中、低压侧无短路电流。主变检修过程中各项例行试验数据均合格。主变恢复送电前及跳闸后对一次设备外围包括主变本体、套管、引线、刀闸、CT、CVT、避雷器及瓦斯继电器、压力释放阀等附属设备检查均无异常。

2.2 继保专业分析

检查该变压器两套保护，均显示比率差动动作；操作箱指示灯显示两组出口跳闸均动作。调阅保护录波为常规的正弦波形，A、B相电流较小，中压侧C相电流最大，且伴随C相电压跌落10%左右，类似C相绕组故障，电流没有明显增大的趋势。

查保护动作报告，跳闸时差动电流A相0.65Ie、差动电流B相0.60Ie、差动电流C相1.22Ie，大于差动启动值；B、C两相的二次谐波百分比約在9%，小于二次谐波制动的整定值15%，二次谐波闭锁开放比率差动，40毫秒后保护比率差动保护动作。从录波数据看，如图1所示，整个空充过程中，B、C两相谐波含量均比较低，都在8%～10%之间；A相谐波含量略高，约为18%～20%，比励磁涌流经验数据30%～40%大幅降低。

该保护装置的励磁涌流判据采用的是按相制动原理。这种励磁涌流识别方法有利于加快空充变压器区内故障的差动保护动作速度，同时为了提高差动保护躲避励磁涌流的能力，装置内部程序在励磁涌流判别中采用了浮动门槛定值（二次谐波制动系数初始5%，逐渐增加到15%）的功能。但本次故障由于谐波含量较低维持较长（只有8%～10%），且B、C两相谐波含量均低，与空充于故障的特征非常相似，因此装置退出自适应励磁涌流判据，开放了差动保护。

励磁涌流的识别问题和空投于内部故障变压器情况下要求保护快速跳闸本身就是一个互相矛盾的存在，如果片面的、一味的提高差动保护的励磁涌流闭锁能力，带来的是空充于故障变压器差动保护长时间可能不能动作的结果。从运行经验来看，变压器空投过程中绝大部分情况下三相差电流二次谐波含量都会高于15%这个经验定值，少量情况下空投正常变压器的过程中可能出现某一相差电流二次谐波含量低于15%的情况，这种情况依靠上述的浮动门槛和自适应循环闭锁判据基本都可以解决，而本次空投过程中出现的两相差电流二次谐波含量均低于10%，并且伴随电压的跌落，以及较大零序工频电流的这几个特征，结合以往的变压器保护运行经验，本次励磁涌流从电气量的特征来看，故障特征比较明显，若为正常冲击无故障，其波形及其罕见，如果要实现这种空投波形的励磁涌流闭锁，将较大的牺牲保护切除空投到故障的能力。

2.3 空充电流波形特性分析

大型变压器多采用冷轧硅钢片，Bs/Be比较小，进行变压器直阻测试，引起变压器剩磁加大，有时甚至达0.9 Bm。特别是变压器在进行绕组直流电阻测试后，会在铁芯中残留剩磁。一般说来，直流磁化的安匝愈大，剩磁愈严重。[2]变压器内部故障主保护，对于Br=±0.9Bm时，三相涌流的I2/I1可能均小于20%；对于Br=±0.7Bm时，三相涌流的I2/I1有一相可能小于15%，但另两相至少有一相大于15%；对于Br=±0.6Bm时，三相涌流的I2/I1有一相可能小于20%，但另两相至少有一相大于20%；对于Br=±0.5Bm时，三相涌流的I2/I1可能均大于15%。该变压器由于直阻测试引起严重的剩磁造成空充时B相和C相二次谐波含量偏小，A相二次谐波含量也小于20%，满足对于Br=±0.9Bm时，三相涌流的I2/I1可能均小于20%的结论。

在500kV变压器进行直流电阻测试时，按要求严格控制高中压侧所加直流电流小于5A。本项试验耗时较长，且试验所加电流大时变压器铁芯易饱和时间可缩短，若电流大于5A可使变压器严重剩磁。变压器剩磁大，励磁涌流工频分量大，二次谐波分量小，对变压器的动稳定和运行安全十分不利[3]。为避免铁心的过高剩磁，高、中压绕组直流电阻的测试电流不宜大于5A。为避免因剩磁可能产生的异常过电压，局部放电试验前，可进行去磁试验。为减少变压器剩磁效应影响，大型电力变压器在直阻试验后应及时进行剩磁消磁。

3 结论和建议

变压器检修后送电过程中发生充电跳闸，其原因为变压器直阻试验剩磁效应下特殊励磁涌流特性下引起的跳闸，励磁涌流的识别问题和空投于内部故障变压器情况下要求保护快速跳闸本身就是一个互相矛盾的存在，若采取单相涌流识别后闭锁三相差动的措施，带来的是空充于故障变压器差动保护长时间不能动作的结果，建议不改动保护的涌流闭锁原理。为减少变压器冲击跳闸的几率，建议严格控制220千伏及以上变压器直阻测试电流的数值小于5A，并加强试验现场的监督，确保变压器直阻试验剩磁可控；在500千伏变压器直阻测试后，可采用反向去磁法减少变压器铁芯内的剩磁。

【参考文献】

[1]赵君有等，电机学（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2016.

[2]王维俭，电气主设备继电保护原理与应用（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2002.

[3]寇海荣，王新中，史明彪.变压器直流电阻试验后剩磁影响及对策[J].山西电力，2011，166（3）：24-27.