变压器剩磁引起主变差动保护动作分析

张俣妤

北京市电力公司检修分公司 北京 100069

1 变压器励磁涌流的产生

当变压器未连接到主电源或故障已恢复到正常电压时，可能会出现称为励磁起动电流的高瞬态电流。磁化的起始电流是由电力系统的电压的突然变化引起的，并且最终由磁芯材料的磁饱和（磁滞特性）引起的剩余磁化引起。如果在插入变压器之前进入变压器之前的残余电压的方向与由系统电压产生的磁通的方向一致，则总磁通量将显着超过变压器芯的饱和磁通量，这导致大的起动磁化电流。

1.1 变压器剩磁的产生

残余磁性是磁化过程中芯材料的滞后损失。在磁场材料在交变磁场作用下逐渐磁化的过程中，磁畴将连续旋转，摩擦能量将被消耗，并且会发生损耗。变压器的剩余位置有几个原因：第一，变压器是三相对称的，断路器在电流过零（相电流为零）时关闭，引起异步开路和剩余电流；第二，在变压器投入运行之前，必须进行一系列直流测试（绕组的直流电阻，绝缘电阻，漏电流，介电损耗测试等）。单向恒定电压导致变压器绕组中的剩余磁化。

1.2 变压器剩磁的危害

如图1所示，在正常操作期间，变压器在点A处操作，并且变压器芯的流量接近饱和。当空载电路闭合时，变压器在B点工作。此时，变压器铁心的流量非常饱和，励磁电流是额定电流的3倍，当变压器恢复时，它可以在C点工作，此时励磁电流将超过允许值，导致差动保护误动作，由于系统电压是三相对称的，当变压器空转时，一相应该在最不利的状态下工作。如果变压器有剩磁，则励磁电流会更大，达到额定电流的6-8倍，直接导致变压器的保护出现故障。

图1 铁芯磁化曲线

2 保护动作分析及检查

第一，动作值分析：查看保护装置动作信息运行时，A组发电机保护柜显示C相差动电流，等于0.1836A，制动电流0.0625A，发电机组B保护柜显示C相差动电流，等于0.1914A，制动电流：0.0664A。主变压器的差动保护设定为：差动启动电流为0.17，K1=0.2，K2=0.5，K3=0.7，二次谐波的制动系数为 0.15。经过计算和验证，实际工作电流大于理论设计工作电流0.1825A，变压器中的二次谐波含量不达0.15，保护正确。

第二，现场验证和保护行动分析：在保护动作之后，使用红外成像仪测量主变压器的温度。没有检测到温度升高。同时，当主变压器通过一相接地或相间短路时，故障相电流变大，相应的相电压变大。它会减小，但在此保护动作期间，只有电流会发生变化，发电机电压才会正常，这可以消除对地的单相短路或主变压器相之间的短路。在启动设备之前，主变压器外壳中的泄漏被消除，之后所有的预防性测试（包括直流电阻测试）和绝缘都在变压器上进行，所有测试都是合格的。检查主要油品分析报告。在2017年2月的油相色谱测试报告中，乙炔含量为0.4ppm，低于5ppm的注意水平。如果主变压器放电，轻质和重质气体将起作用变压器。但是，在保护动作之后，主变压器的轻重气体没有异常，可以消除主变压器内部放电的故障。根据差动保护的基本原理，用于主变压器差动保护的电流取自发电机的CT侧，CT取自主变压器的高压侧，CT取自高压侧的高压侧。当发生保护动作时，CT电流仅出现在发电机侧，主变压器高压侧的CT开关与高压CT侧之间没有电流，可以确定保护装置和故障记录仪中显示的电流是否反映主要电气设备的状态。发电机定子的电流，三相电流A，B，C包含大量非周期分量，并且电流从时间轴的一侧偏移，电流值包含大量高次谐波分量，并且电流波形具有断开角。根据变压器励磁起动电流的特性，由于磁场起动电流值大，时间长，主变压器差动保护的二次谐波阻断不成功，差动保护输出，因此确定该保护动作应由变压器起动电流引起。

第三，变压器磁化起始电流与变压器剩磁之比。变压器绕组中的励磁电流和磁通量之间的比率由磁化特性确定：变压器磁芯越饱和，产生一定磁通量所需的励磁电流越大。由于最不利的闭合时刻，铁芯的饱和度将非常严重。励磁电流的值也将显着增加，这可能是变压器空载电流的大约100倍。在不考虑绕组电阻的情况下，峰值电流在关闭后半周出现。但是，由于绕组是电阻性的，因此该电流会随着时间而减小。对于具有较小电容的变压器，衰减很快，并且可以稳定大约几个周期。在变压器较大的情况下，起动磁化电流缓慢衰减，衰减时间可以是几十秒。由于三个变压器相隔120°，变压器的剩余磁化强度足以影响变压器的正常工作。当变压器在没有负载的情况下闭合时，不能监测主变压器的三相电压的幅度，并且闭合时的电压为零。启动电流磁化是最大的。对于三相变压器，过流保护或变压器差动保护可能会发生动作。在启动设备之前，对变压器进行了预防性测试。直流电阻的测试导致变压器绕组中的剩磁。当测试对直流电阻的电阻时，选择高压侧为10A的电流，测试为10分钟，选择低压侧为40A的电流，测试为25分钟。由于电流选择很大，测试时间相对较大，这导致变压器绕组中的大的残余电感。当变压器充电时，主变压器的铁芯饱和，产生大的起动磁化电流，从而保护发电机组。

3 结束语

通过分析变压器的差动保护效应，可以了解变压器剩磁对变压器保护的影响，提出有效消除和减少变压器剩磁的措施，提高设备安全稳定运行的可靠性。