浅析主变及高厂变空载合闸失败的原因及应对措施

浅析主变及高厂变空载合闸失败的原因及应对措施

查献刚

（东莞中电新能源热电有限公司广东东莞523637）

摘要：探询了某热电厂9E机组#2主变及#1高厂变多次空载合闸失败的原因,并根据实际运行情况进行了分析，并提出了应对措施。

关键词：变压器、空载合闸失败、应对措施

概述：

某热电厂现有两套“燃气—蒸汽”联合循环发电机组，每套联合循环由燃机、锅炉、汽机组成。其中燃气轮机为GE公司生产的PG9171E型燃油、燃气双燃料机组，自带125MW同轴发电机一台，锅炉为杭州锅炉厂生产的175T/H双压余热强制循环锅炉，汽机为哈尔滨汽轮机厂生产的65MW单轴单缸双压冲动凝汽式汽轮机。因为燃机的排烟温度可高达540度左右，所以利用燃机排烟余热来加热锅炉，再由锅炉产生的高压过热蒸汽来冲动汽轮机做功带60MW发电机一台。

如下图，该厂2号主变压器10.5kV侧通过5020刀闸和502开关与2号发电机出线母排相连接，另有一分支则通过514刀闸供1号高压厂用变压器带两套联合循环机组的厂用电。2号主变压器通过其高压侧102开关挂在110kVⅡ段母线上运行，中性点采用直接接地的运行方式。

每当#2主变、#1高厂变及其所属回路停电检修完成后，对其恢复送电时#1高厂变差动保护总是不能躲过空载合闸所产生的励磁涌流，导致不能一次合闸成功。

1、励磁涌流的产生原因和危害

电力变压器在空载合闸投入电网时，由于变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料的非线性特性，会产生幅值相当大的励磁涌流。

变压器是一个由若干经磁路耦合的绕组的集合体，每个绕组本质上是一个电感，其电感值受磁路铁心饱和程度影响，当磁路饱和时电感值大幅下降，也就意味着电抗的下降，励磁电流就会随之增加，当变压器任一绕组感受到外施电压突增时，基于磁链守恒定律，该绕组将立即产生一个抵御外加磁通“突袭”的反磁通，如果这个反磁通和原来磁路中的剩磁极性相同，则会导致磁路饱和，进而产生很大的励磁涌流。

励磁涌流会引发电网电压骤降、谐波污染、操作过电压、和应涌流、保护误动等，严重时还会造成绕组变形，从而减少变压器寿命。励磁涌流含有多个谐波成分及直流分量。这些会降低电力系统供电质量，同时励磁涌流中的高次谐波对连接到电力系统中的敏感电力电子器件有极强的破坏作用。

2、#2主变及#1高厂变空载合闸失败的原因分析

某年11月18日10时40分22秒，某热电厂在#2主变及#1高厂变检修完毕恢复送电过程中，当合上#2主变变高102开关时，造成#1高厂变差动保护动作，#2主变变高102开关跳闸。事故发生后对一次设备进行详细的全面检查和变压器油样分析，均未发现故障点。通过对录波数据的分析，在合102开关时，#1高厂变保护C相差流达到0．23Iref，根据制动曲线和定值(具体见表1某热电厂9E机组#1高厂变差动保护定值单)，C相差流达到动作出口值。B相二次谐波制动比最大值为23％，而AC相二次谐波制动比很小达不到15％的定值要求。由于某热电厂所用阿海珐MiCOM_P633型变压器差动保护二次谐波制动逻辑为3选2模式(即3相中有2相或2相以上被制动，保护出口才被制动)。从而使差动保护动作出口，跳开#2主变变高102开关。

为了增大变压器空载合闸时保护装置对故障电流判断的正确性和减小励磁涌流对电力系统的影响。通常采取一些励磁涌流的识别方法来判断输入保护装置的是励磁涌流还是短路电流，从而决定保护是否动作。现阶段大多是采用励磁涌流的识别法，例如，基于二次谐波含量的识别法、基于波形对称特征的识别法、基于间断角的识别法和基于磁通特性的识别法。某热电厂#2主变及#1高厂变差动保护对励磁涌流的判别方法是基于二次谐波含量的识别法，即当二次谐波分量与基波比值大于15%，则认为差流越限是励磁涌流所致，差动保护应制动，差动保护出口应闭锁。当二次谐波分量与基波比值小于15%则认为是短路电流所致，差动保护不闭锁，保护动作出口跳各侧开关。

因某热电厂#1高厂变差动保护二次谐波制动为3选2制动法，从几次空载合闸差动保护动作录波来看，总有两相二次谐波分量较小一相谐波分量较大，未达到制动条件。所以才有“屡合屡败”的情况出现。

3、应对措施

因为励磁涌流的大小与变压器等值阻抗、合闸初相角、剩磁大小、绕组接线方式、铁芯结构及材质等诸多因素有关，又因变压器出厂时绕组接线方式、铁芯结构及材质等已成型无法改变，所以我们只能从以下两个方向来采取措施，达到空载合闸一次成功的目的。

优化二次谐波判别方法，改进差动保护制动逻辑。

消除或抑制励磁涌流的产生。

某热电厂#1高厂变差动保护装置为法国阿海珐公司上个世纪90年代生产的MiCOM_P633型变压器保护装置，该装置设计陈旧，升级困难。所以第一种方法难以实现，但随着技术的发展，也有采取选择合闸时刻的技术，通过控制合闸时电压的初相角．使铁芯中的磁通在空载合闸时刻不发生突变，避免铁芯磁通的饱和，即在已知停电时切除角的前提下选择合闸角，使变压器在外部电压突增时产生的偏磁Φp恰好去抵消或削弱剩磁ΦRes，再加上与稳态磁通Φ的配合就可以控制磁路的合成磁通不超过饱和磁通。据了解深圳国立智能公司生产的SID-3YL涌流抑制器就是基于这个原理来到达到在空载合闸时抑制励磁涌流的产生，从而保证空载合闸的成功率。并且已经在某热电厂二期工程得到了应用。

（3）变压器投运前应对差动保护整定值综合考虑，必须避开合闸时最大励磁涌流引起的差流，同时要保证差动保护灵敏度必须大于2。

（4）比率制动系数必须满足外部短路故障时制动电流较大，内部短路故障时制动电流最小，确保差动保护的可靠动作。

（5）为避开励磁涌流，防止差动保护误动作，一般二次谐波制动范围最好设置在15%~20%。具体情况应结合现场一次设备情况设定，这样保护装置才能有效保证一次设备的正常运行。

（6）避免TA参数差异引起差流，减小励磁涌流对保护的影响，应对TA饱和特性曲线进行精确试验，特别关注变压器联接组别对高/低压侧TA接线影响。

（7）变压器差动保护一般选择交叉闭锁保护，虽然灵敏度有所欠缺，但是大大减少保护误动，提高了可靠性。

（8）完成变压器直流电阻试验后，可用直流消磁法或交流消磁法对变压器消磁，达到消除剩磁或降低铁心磁通峰值的目的，从而减少励磁涌流。

（9）如果是高压速断保护动作，则应调整速断保护的限值，速断保护的限值必须躲过本身变压器的励磁涌流。

（10）如果是高压零序保护动作，是因为合闸是三相电压的初相角不同，三相电流严重不平衡，根据零序保护动作原理，零序保护将实施动作，解决方法是调整零序保护的整定时间。

结束语

综上所述，为了解决#1高厂变差动保护不能有效躲过空载合闸所产生的励磁涌流的影响，我们可以通过技改更换#1高厂变差动保护装置或增加涌流抑制器来达到目的。

参考文献：

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

[2]贺家马，宋从钜.电力系统继电保护原理[M].天津：天津大学出版社，2004.

[3]郑涛，曹志辉.基于模糊逻辑的变压器励磁涌流二次谐波闭锁方案[J].电力系统自动化，2009，33（2）:61-65.

[4]岳志刚，杨国旺，曲艳华.励磁涌流对差动保护的影响及其对策[J].高压电器，2005，41（1）:48-50.