浅析励磁涌流致使变压器投运不成功的原因
李建平
摘? 要：该文介绍了某500 kV变压器空载合闸投运过程中，发生多次断路器充电零序保护动作跳闸致使该变压器投运不成功的案例。在非人为操作导致设备故障原因的情况下，变压器空载合闸时励磁涌流过大，或对于已有变压器运行再投另外1台变压器时，易在与其并联运行的中性点接地变压器绕组中产生和应涌流，该涌流过大也会造成变压器或断路器零序电流保护误动，并提出了切实可行的防范措施，希望对变电运维新设备投运工作有所帮助。
关键词：变压器;断路器;冲击合闸;励磁涌流;和应涌流
中图分类号：TM41? ? ? ? ? 文献标志码：A
0 引言
变电站变压器投运是变电运维操作的重点，如果在投运尤其是新安装投运过程中，在非人为操作导致出现设备故障时，若发生不明原因造成设备断路器异常跳闸而影响投运，这时尽快找出原因并加以防范是保障设备安全运行的首要任务。该文就某500 kV变电站新建变压器投运过程中多次出现充电断路器合闸不成功的案例进行分析，希望有助于诸如此类大型设备变电运维工作顺利开展。
1 异常情况描述
500 kV石棉变电站在进行新建3号主变启动投产过程中，按变压器新投要求其合闸断路器对该变压器进行5次冲击合闸试验。但前2次均未成功，经检查一、二次设备正常后，再次试验，其中前4次合闸均成功，第5次合闸未成功。
2 变压器投运情况
2.1 3号主变充电前运行方式
500 kV第一、二、五串均开环运行（5013、5023、5043、5053断路器处于热备用状态，1、2号2台变压器运行），第三串5033断路器（不带充电零序保护）压缩充电保护定值（过流Ⅰ/Ⅱ段定值）对500 kVⅡ母充电正常后保持运行，220 kV、35 kV系统正常运行。
2.2 启动投运方案相关内容
由该次扩建5043断路器（43DL）带充电保护对3号主变（3#B）合闸充电5次。其充电过流Ⅰ/Ⅱ段整定值均为0.4 A，动作时限0.7 s;充电零序电流定值0.12 A，动作时限0.7? s。
2.3 变压器充电合闸情况
当日22时19分，石棉变电站用43DL对3#B进行第一次冲击合闸时，43DL充电零序保护动作跳闸。跳开后，现场检查除1、2、3号变压器公共绕组保护均有零序电流启动可复归外，一、二次设备未见异常。23时13分，省调下令对3#B进行第二次冲击合闸，43DL充电零序保护动作再次跳开，现场检查一、二次设备仍未见异常。次日，在用43DL对3号变进行的前4次冲击合闸试验均合闸成功，但第五次仍为43DL动作跳闸。
2.4 断路器充电保护动作情况
第一、二、七次冲击合闸时，43DL保护屏录波图中故障相分别出现较大变压器冲击合闸励磁涌流，导致零序电流超过了43DL充电零序保护动作值，约760 ms后，充电保护动作出口跳开43DL。而其他冲击合闸成功的4次，均未有动作报告及波形图。
3 跳闸原因理论依据
3.1 励磁涌流的产生
当变压器在空载合闸或外部故障切除后，因电压在恢复过程中，变压器一侧电压骤增，产生的暂态磁通会引起变压器饱和，从而产生变压器涌流。变压器涌流根据其形成原因可分为励磁涌流、和应涌流。从3#B这几次合闸断路器故障相及零序电流波形特点不难看出，具备涌流偏于时间轴的一侧，且含有大量的高次谐波分量使波形畸变，具有间断角，在第一个周期达到最大值，以后慢慢衰减至稳定状态。励磁涌流值达到合闸断路器充电零序电流动作值是导致变压器合闸不成功的直接原因。
3.2 和应涌流的产生
当发电厂或变电站内母线上连接2台及以上的变压器时，若1台变压器进行空载合闸，其变压器绕组中将出现励磁涌流，与此同时，在与其并联运行的其它中性点接地变压器绕组中也将出现浪涌电流，称作和应涌流。和应涌流与励磁涌流密切相关。相對于励磁涌流而言，和应涌流为负（反）向的，即当变压器空载合闸而铁心为正向饱和时，并联运行变压器的铁心趋向反向饱和。如图1所示箭头指向，3号主变空载合闸时，其励磁涌流方向与运行的1号、2号主变励磁电抗中的和应涌流方向相反，即在变压器空载合闸时产生的暂态过程中，励磁涌流包含一个稳态周期分量和一个衰减的直流分量Φ（0），由于Φ（0）的作用可能会造成变压器铁心饱和，磁化曲线的斜率很小，电流大大增加，形成励磁涌流。因此这个直流分量就是导致零序电流（I0）产生的主要原因。该直流分量流经与其并联的中性点接地变压器的励磁电抗，使变压器铁芯趋向饱和，从而产生相应的和应涌流。
4 跳闸原因定性分析
4.1 合闸角对跳闸的影响
从前面理论依据可以看出I0的大小与变压器空载合闸时的合闸角α有关。因此3#B在做冲击合闸时，合闸角的不同导致产生I0的相别也就不同，I0大小也有差异（在α=0°、180°附近合闸的相别I0较大，在α=90°、270°附近合闸的相别I0较小）。正是因为I0大小的不同，使断路器充电零序保护有时动作，有时不动作，也就是说合闸成功与否具有随机性。这就解释了在7次冲击合闸中为什么有些成功，有些失败。
4.2 和应涌流对运行主变的影响
由于和应涌流方向相对于励磁涌流方向相反，如图1虚线所示，当系统中3#B空载合闸时，产生的I0通过大地、变压器中性点进入运行变压器绕组，可能引起运行变压器零序保护启动误跳闸。此外，3#B中性点流过的I0需通过系统整个零序网形成回路，不仅是本站1#B、2#B，还可能通过500 kV输电线路流经其他变电站内变压器中性点，I0流经母线和线路，势必有造成保护动作异常的风险。在该次石棉变电站实际运行情况下，因2台运行变压器负荷电流较大的缘故，3#B投运时产生的I0形成和应涌流分流，并分别与1#B、2#B负荷电流叠加，最终使其运行变压器产生的I0不足以使本站1#B、2#B公共绕组零序过流保护启动，或者即使启动，由于逐渐衰减也不能达到动作时限，即此时和应涌流的影响很小，忽略不计。
4.3 变压器内部故障的排除
3#B充电合闸时，变压器差动保护根据高次谐波制动及波形畸变等原理自动判别到励磁涌流并闭锁其差动保护。根据保护波形分析，在整个充电过程中，电压量均保持完好，未见异常，可初步判断变压器内部无接地短路情况。
5 防范措施建议
在变压器投运过程中具体的防范措施建议如下：1）在变压器投运过程中，运维人员操作合闸断路器无法掌握其合闸角的情况下，不改变合闸断路器仍具备的充电过流保护，仅改变导致出口跳闸的充电零序电流保护定值，避免误动即可。2）该次石棉站3号主变投运，经省调下令执行对43DL充电零序保护电流动作值增大至与充电过流段同值（0.4 A）后，避免了励磁涌流过大引起的断路器误动。
6 结语
该文简析了变电站变压器投运过程中多次出现充电断路器合闸不成功的原因有2个。1）合闸断路器相关保护未躲过励磁涌流而跳闸是造成变压器投运不成功的主要原因。2）变电站由多台变压器并运行，当其中1台投运时，会在与其并联运行的其他中性点接地变压器绕组产生和应涌流，视投运变压器合闸断路器合闸时机的不同，该涌流会造成主变或其他设备零序保护启动或误动的可能，并提出了相应切实可行的措施，希望对变电运维工作有所帮助。
参考文献
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