淺析一起勵磁涌流引起的廠高壓變壓器差動保護誤動(發(fā)表2016年6月燃氣輪機發(fā)電技術(shù))

1、淺析一起勵磁涌流引起的廠高壓變壓器淺析一起勵磁涌流引起的廠高壓變壓器差動保護誤動差動保護誤動周建1，吳大清2，余耀坤1，張石凱1（1.華能金陵燃機熱電有限公司，江蘇南京2100342.華能金陵電廠，江蘇南京210034）摘要：摘要：結(jié)合某燃氣輪機電廠1號廠高壓變壓器發(fā)生一起因勵磁涌流引起的差動保護誤動故障，對勵磁涌流的產(chǎn)生機理、變壓器差動保護誤動作的誘因、變壓器防勵磁涌流等方面進行了分析并就如何躲開勵磁涌流的影響進行了探討。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵

2、詞：廠高壓變壓器；差動保護；勵磁涌流；二次諧波制動0引言引言華能金陵燃機熱電有限公司一期工程安裝2臺燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，它由MS9001FA型燃氣輪機、D10型三壓、一次中間再熱、單軸、雙缸雙排汽、沖動式無抽汽純凝式汽輪機，390H型全氫冷發(fā)電機和武漢鍋爐股份有限公司制造的三壓、一次中間再熱、臥式、無補燃、自然循環(huán)余熱鍋爐組成。燃氣輪機、蒸汽輪機和發(fā)電機剛性地串聯(lián)在一根長軸上，燃氣輪機采用冷端輸出功率，機組采用發(fā)電機變壓器組單元接線方

3、式，發(fā)電機變壓器組保護采用GE公司UR系列微機保護，UR系列微機保護作為最新一代的微機型保護因其原理上的先進性、出眾的性能以及穩(wěn)定的可靠性在國內(nèi)外的大型機組中得到了較為廣泛的應(yīng)用。1變壓器勵磁涌流產(chǎn)生機理變壓器勵磁涌流產(chǎn)生機理變壓器空載投運時，由于勵磁涌流引起變壓器差動保護誤動作時常發(fā)生。變壓器產(chǎn)生勵磁涌流的原因是變壓器鐵心的嚴重飽和及勵磁阻抗的大幅度降低等因素所導(dǎo)致的。當(dāng)變壓器一次側(cè)加上電壓U后，電流和磁通都不可能瞬間趨于穩(wěn)定，而必須

4、有一個過渡過程才能達到穩(wěn)定狀態(tài)。當(dāng)電壓瞬時值為零時投入變壓器，鐵心中的磁通Φ應(yīng)落后電壓U90達到最大值Φm值。此時鐵心嚴重飽和，勵磁涌流達到最大值約為其額定電流的68倍。而當(dāng)電壓U為最大值時投入變壓器時鐵心中的磁通為零，就不會出現(xiàn)勵磁涌流，只有正常勵磁電流。所以最嚴重的勵磁涌流是發(fā)生在電壓U為零時合閘的瞬間。但對于三相電力變壓器而言，無論何時合閘，至少有兩相會出現(xiàn)不同程度的勵磁涌流。2變壓器差動保護誤動的誘因變壓器差動保護誤動的誘因由于

5、變壓器差動保護兩側(cè)電流互感器的電壓等級、變比、容量以及鐵芯飽和特性等均不一致使兩側(cè)的差動回路的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)不平衡電流都有一定差異。變壓器穩(wěn)態(tài)運行時的勵磁電流將作為變壓器差動保護不平衡電流的一種來源；而當(dāng)變壓器突然被勵磁或外部故障切除后恢復(fù)供電時都可能產(chǎn)生變壓器的勵磁電流的大小可達變壓器額定電流的68倍。這是變壓器差動保護要應(yīng)對的另一種不平衡電流。通過采取一系列技術(shù)手段，變壓器差動保護能躲過第一種不平衡電流、更主要的是也能躲過第二種不平衡電

6、流。即在這兩種非故障但不正常工況下不誤動。在有多臺變壓器的中性點直接接地系統(tǒng)中其中一臺中性點接地變壓器空載合閘時出現(xiàn)勵磁涌流此時與之并聯(lián)運行的其它中性點接地變壓器中也將出現(xiàn)浪涌電流這個電流被稱之為“和應(yīng)涌流”，和應(yīng)涌流通過變壓器的接地中性點構(gòu)成回路這個電流只在變壓器的一側(cè)流通。大容量變壓器空載合閘的暫態(tài)過程持續(xù)期長和應(yīng)涌流緩慢增長其它運行變壓器的差動保護有可能在其合閘較長時間之后由于和應(yīng)涌流造成誤動作。3變壓器差動保護防勵磁涌流原理變壓

7、器差動保護防勵磁涌流原理變壓器差動保護需要解決的主要問題就是既能可靠的躲過變壓器的勵磁涌流，又能準確靈敏地反應(yīng)變壓器的內(nèi)部故障。在變壓器勵磁涌流波形中除基波和非周期電流外高次諧波電流以二次諧波為最大波形出現(xiàn)間斷角這個二次諧波電流是變壓器勵磁涌流的最明顯的特性因為在其它工況下很少有偶次諧波發(fā)生在變壓器內(nèi)、外部故障的短路電流中也會出現(xiàn)二次諧波分量但二次諧波分量所占比例較小一般不會出現(xiàn)波形間斷。其它圖31號廠高壓變壓器高壓側(cè)三相電流二次諧波1

8、號廠高壓變壓器T60保護裝置差動保護二次諧波制動系數(shù)為0.15。從圖3可見，B、C相均有一段時間的二次諧波制動系數(shù)低于0.15，滿足開放條件，而A相二次諧波制動系數(shù)比較高，不滿足保護開放條件，與圖1保護裝置記錄的二次諧波制動的特性相吻合。1號廠高壓變壓器T60保護裝置差動保護二次諧波制動方式為perphase（按相制動）在差流滿足動作條件的情況下，哪一相諧波制動開放哪一相差動保護就動作直至出口跳閘。根據(jù)以上分析，廠高壓變壓器的B、C相差

9、動保護動作并導(dǎo)致相關(guān)斷路器跳閘。在此項操作中所出現(xiàn)的故障，顯然不是由于1號廠高壓變壓器兩側(cè)電流互感器的電壓等級、變比、容量、鐵芯飽和特性不一致、二次回路的異常等因素所造成的，而是一起典型的由于勵磁涌流而引起差動保護誤動作，保護裝置的故障錄波為這一推斷提供了強有力的佐證。5防止差動保護誤動的改進建議防止差動保護誤動的改進建議由于二次諧波制動原理中二次諧波制動系數(shù)取值較難從理論上計算推導(dǎo)，現(xiàn)階段仍依靠一些工程經(jīng)驗取值。目前，我國《大型發(fā)電機

10、變壓器繼電保護整定計算導(dǎo)則DLT6841999》中關(guān)于二次諧波制動系數(shù)的整定建議値為15%20%，對于現(xiàn)代大型變壓器，若其鐵芯飽和點提前，則變壓器空載合閘時勵磁涌流中二次諧波制動系數(shù)常低至15%以下，由此可能導(dǎo)致變壓器差動保護誤動。為提高變壓器差動保護抗勵磁涌流的能力，某廠人員經(jīng)與GE電氣技術(shù)人員商議將差動保護二次諧波制動方式由按相制動（perphase）修改為按平均值制動（Average），且將制動系數(shù)由0.15下降為0.12。同時，

11、當(dāng)三相二次諧波平均值超過制動門檻值時閉鎖三相差動保護，即此時差動保護不動作。如上所述，變壓器空載合閘時勵磁涌流的大小與合閘相位角有關(guān)。因此，選擇合適的合閘相位角合閘，可減少甚至消除勵磁涌流，從而減少差動保護誤動的可能性。當(dāng)然，三相電力變壓器相對單相變壓器而言，其減小或消除勵磁涌流要困難一些。近年來國內(nèi)外已有些文獻針對三相電力變壓器抑制勵磁涌流的控制合閘相位角等方法進行的研究分析，稱摸索到了一些規(guī)律，且這些規(guī)律已為實驗所驗證，讓人們看到了

12、這方面的一絲曙光，但其距離實際工程應(yīng)用尚待時日。6結(jié)語結(jié)語二次諧波制動的變壓器差動保護應(yīng)用效果是肯定的。但是就二次諧波制動原理來說。無論采用哪一種判據(jù)，均存在不足。因此在實際應(yīng)用中。應(yīng)該尋找新的原理和依靠輔助判據(jù)來彌補二次諧波制動原理的不足。比如在傳統(tǒng)二次諧波制動的基礎(chǔ)上增加相位特征判據(jù)。根據(jù)基波與二次諧波之間的相位關(guān)系自適應(yīng)調(diào)整二次諧波制動比，充分利用勵磁涌流的幅值和相位信息，以提高變壓器保護的綜合性能。參考文獻：參考文獻：[1]向陽

13、，霍永鋒，吳世和變壓器二次諧波閉鎖比例制定差動保護[J].大眾用電，2005(10):34—35[2]邵德軍改進型二次諧波勵磁涌流制動方法[J].電網(wǎng)技術(shù)。2006(24):84—88[3]張亮峰GE發(fā)變組差動保護的特點及理論分析.湖南電力.2005.作者簡介：周建（1982），男，江蘇鹽城人，工程師，華能金陵燃機熱電有限公司運行值長，從事燃氣輪機運行管理工作目前就讀于南京理工大學(xué)電氣工程及其自動化在職研究生。Email：zj20057