技術(shù)收藏 |干式變壓器勵(lì)磁涌流引發(fā)跳閘事件分析

[內(nèi)容摘要通過對(duì)一起由于干式變壓器合閘的勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的斷路器跳閘事件的分析及處理方法，通過對(duì)干式變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因分析，提出的建議及解決措施。

[關(guān)鍵詞勵(lì)磁涌流；斷路器；零序電流

1引言

勵(lì)磁涌流（inrushcurrent)的發(fā)生，很明顯是受勵(lì)磁電壓的影響。即只要系統(tǒng)電壓一有變動(dòng)，勵(lì)磁電壓受到影響，就會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。在不同的情況下將產(chǎn)生如下所述的初始（initial inrush)、電壓復(fù)原（recovery inrush)及共振（sympathetic inrush 共感）等不同程度的勵(lì)磁涌流。其瞬時(shí)尖峰值及持續(xù)時(shí)間，將視下列各因素的綜合情況而定，可能會(huì)高達(dá)干式變壓器額定電流的8~30倍。當(dāng)合上斷路器給干式變壓器充電時(shí)，有時(shí)可以看到干式變壓器電流表的指針擺得很大，然后很快返回到正常的空載電流值，這個(gè)沖擊電流通常稱之為勵(lì)磁涌流，特點(diǎn)如下：

1)涌流含有數(shù)值很大的高次諧波分量(主要是二次和三次諧波)，主要是偶次諧波，因此，勵(lì)磁涌流的變化曲線為尖頂波。

2)勵(lì)磁涌流的衰減常數(shù)與鐵芯的飽和程度有關(guān)，飽和越深，電抗越小，衰減越快。因此，在開始瞬間衰減很快，以后逐漸減慢，經(jīng)0.5～1s后其值不超過(0.25～0.5)In。

3)一般情況下，干式變壓器容量越大，衰減的持續(xù)時(shí)間越長，但總的趨勢(shì)是涌流的衰減速度往往比短路電流衰減慢一些。

4)勵(lì)磁涌流的數(shù)值很大，較大可達(dá)額定電流的8～10倍。當(dāng)整定一臺(tái)斷路器控制一臺(tái)干式變壓器時(shí)，其速斷可按干式變壓器勵(lì)磁電流來整定。

下面就是一起因干式變壓器勵(lì)磁涌流影響產(chǎn)生的一起事故，及解決方法：

2跳閘前運(yùn)行方式

110kVI、II母聯(lián)絡(luò)運(yùn)行,I母帶池沁線熱備用、110kV沁格線運(yùn)行（新間隔送電）， II母帶2號(hào)主變、天沁線運(yùn)行；110kV線路備自投投入運(yùn)行，即“跳天沁、合池沁”，35kVI、II母聯(lián)絡(luò)運(yùn)行I母帶沁鴻線、沁寶線運(yùn)行 II母帶沁丁線、沁優(yōu)線運(yùn)行、沁鴻二線冷備用，10kVII母帶沁煤線、沁佳線、沁松線、沁泰線、沁達(dá)線、沁晶線、2號(hào)所用變、4號(hào)電容器運(yùn)行。

3故障情況分析

201X年9月28日22：32分，在對(duì)110kV某某變110kV沁格線對(duì)側(cè)（泰格硅業(yè)開關(guān)站2號(hào)電爐變）送電過程中，某某變110kV天沁線零序I段保護(hù)動(dòng)作，跳開110kV天沁線斷路器，110kV母線電壓緩慢降低，110kV進(jìn)線備自投未動(dòng)作，110kV某某變失壓，4號(hào)電容器因低電壓保護(hù)動(dòng)作跳閘。線路保護(hù)及備自投聯(lián)切小電源壓板未投入。保護(hù)人員在現(xiàn)場(chǎng)檢查故障錄波圖如下：

3.1110kV天沁線保護(hù)裝置動(dòng)作行為分析

110kV天沁線保護(hù)裝置型號(hào)：許繼電氣生產(chǎn)的WXH-813A/1/R1保護(hù)裝置,CT變比為：600/1。110kV天沁線跳閘時(shí)，天沁線保護(hù)裝置顯示報(bào)文如下：

啟動(dòng)動(dòng)作時(shí)間：201X年9月28日22時(shí)32分24秒575毫秒

動(dòng)作元件名稱：零序I段動(dòng)作

動(dòng)作相對(duì)時(shí)間：012毫秒

故障測(cè)距測(cè)距參數(shù)0.00km

故障測(cè)距故障參數(shù)

A相電流0.209∠150A

B相電流0.56∠353A

C相電流0.562∠227A

測(cè)距結(jié)果：0.00km

天沁線零序I段定值：

零序控制字：0x0001(投入零序I段。零序II、III、IV、零序III段經(jīng)方向、零序IV段經(jīng)方向、零序II段永跳、零序III段永跳控制字均為0，表示未投入)

零序I段電流定值：0.5A，時(shí)間：0s

零序II、III、IV段電流定值：20A，時(shí)間10s

根據(jù)錄波圖形分析可知，在110kV天沁線跳閘時(shí)刻，B相電流明顯偏向于時(shí)間軸的上側(cè)，C相電流偏向與時(shí)間軸的下側(cè)。對(duì)跳閘時(shí)刻的A、B、C電流進(jìn)行諧波分析發(fā)現(xiàn)：110kV天沁線A相電流基波為：0.2040，二次諧波為0.1071，B相電流基波為：0.5898，二次諧波為：0.1675，C相電流基波為：0.623，二次諧波為：0.1784，B、C兩相含有較高的二次諧波，且B、C相均含有直流分量，B、C兩相電流具有明顯的勵(lì)磁涌流特征。一次電流約為360A，故可推斷該勵(lì)磁涌流應(yīng)為對(duì)側(cè)110kV泰格變2號(hào)爐變送電時(shí)所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流，不是故障電流。經(jīng)保護(hù)廠家分析認(rèn)為：

（1）9月28日22時(shí)32分在沁格線對(duì)側(cè)送電時(shí)，天沁線WXH-813A保護(hù)受此擾動(dòng)而啟動(dòng)。

（2）保護(hù)啟動(dòng)后產(chǎn)生了零序電流，此零序電流大小滿足零序I段定值（大于0.5A），且零序電壓滯后零序電流135度，滿足零序功率正序方向（滿足動(dòng)作區(qū)30度到190度），因此零序I段保護(hù)瞬時(shí)出口跳閘。

(3)電壓中諧波含量較大，產(chǎn)生了較大的零序電壓。且A相電流在保護(hù)啟動(dòng)前后沒有變化，而B相電流、C相電流均有明顯變化，初步判斷由此產(chǎn)生了零序電流，從而直接導(dǎo)致了此次零序保護(hù)的動(dòng)作出口。

許繼廠家分析結(jié)果示意圖

根據(jù)故障錄波圖，廠家建議

（1）、干式變壓器空載合閘時(shí)，勵(lì)磁涌流不僅僅是電氣關(guān)系，三相存在不平衡，存在零序電流。

（2）、建議空投干式變壓器時(shí)退出零序Ⅰ段或者抬高零序Ⅰ段電流定值躲過干式變壓器空載合閘時(shí)的不平衡。

3.2110kV沁格線保護(hù)裝置動(dòng)作行為分析

110kV沁格線為本次新投運(yùn)間隔，保護(hù)裝置型號(hào)為：許繼電氣生產(chǎn)的WXH-813A/Ｂ1/R1線路保護(hù),CT變比為600/1,110kV天沁線跳閘時(shí)，沁格線保護(hù)裝置無保護(hù)動(dòng)作報(bào)文，原因如下：

沁格線零序I段定值：

零序控制字：0x000F(零序I、II、III、IV段為投入狀態(tài)、零序III段經(jīng)方向、零序IV段經(jīng)方向、零序II段永跳、零序III段永跳控制字均為0，表示未投入)

零序I段電流定值：１.71A，時(shí)間：0.1s

零序II段電流定值：0.25A，時(shí)間：0.4s

零序III段電流定值：0.25A，時(shí)間：0.4s

零序IV段電流定值：0.25A，時(shí)間：0.5s

110kV天沁線跳閘時(shí)，流過110kV沁格線的零序電流定值小于零序I動(dòng)作值，動(dòng)作時(shí)間小于零序II、III段動(dòng)作時(shí)間定值，故在110kV天沁線跳閘時(shí)，110kV沁格零序I、II、III段均未動(dòng)作，故裝置只判啟動(dòng)。

根據(jù)廠家提供的保護(hù)裝置的分析說明，及泰格硅業(yè)提供的干式變壓器及斷路器復(fù)查試驗(yàn)結(jié)果，確定干式變壓器無故障。9月30日，23時(shí)在更改完110kV池沁線、天沁線、沁格線保護(hù)定值的情況下繼續(xù)對(duì)泰格變電站進(jìn)行送電。

9月30日23時(shí)04分，根據(jù)新確定的送電方案，對(duì)110kV泰格變2號(hào)電爐變較好次試送時(shí)110kV沁格線再次跳閘，此時(shí)的運(yùn)行方式為：

110kVI、II母分列運(yùn)行,110kV池沁線在I母運(yùn)行、帶110kV沁格線（新間隔送電線路），110kV天沁線帶110kVII母、2號(hào)主變運(yùn)行，35kVI、II母聯(lián)絡(luò)運(yùn)行I母帶沁鴻線、沁寶線運(yùn)行，II母帶沁丁線、沁優(yōu)線運(yùn)行、沁鴻二線冷備用，10kVII母帶沁煤線、沁佳線、沁松線、沁泰線、沁達(dá)線、沁晶線、2號(hào)所用變、4號(hào)電容器運(yùn)行。

110kV沁格線動(dòng)作時(shí)，保護(hù)裝置報(bào)文如下：

啟動(dòng)時(shí)間：201X年9月30日， 23時(shí)04分40秒060毫秒

動(dòng)作元件名稱動(dòng)作相別動(dòng)作相對(duì)時(shí)間

01零序III段動(dòng)作 AN 127毫秒

02零序II段動(dòng)作 AN 127毫秒

03故障測(cè)距測(cè)距參數(shù)0.00km

故障測(cè)距參數(shù)

01 A相電流 0.043∠000A 02 B相電流 0.266∠156A

03 C相電流 0.356∠029A 04測(cè)距結(jié)果0.000km

保護(hù)裝置型號(hào)為許繼電氣集團(tuán)生產(chǎn)的WXH-813A/B1/R1保護(hù)裝置，CT變比為：600/1,零序I段電流定值：1.71A，零序I段時(shí)間0.1s，零序II段電流定值：0.25A，零序II段時(shí)間0.12s，零序III段電流定值：0.25A，零序II段時(shí)間0.12s，零序IV段電流定值：20A，零序IV段時(shí)間10s，投入零序保護(hù)I、II、III段，零序IV段保護(hù)退出。

故障錄波圖如圖所示：

110kV沁園變110kV沁格線9月30日23時(shí)04分電流、電壓波形

通過故障錄波器分析軟件可知：在跳閘時(shí)刻A相基波電流為：0.0808，二次諧波分量為：0.0452，在故障時(shí)刻B相基波電流為：0.4622，二次諧波分量為：0.1768，在故障時(shí)刻C相基波電流為：0.6351，二次諧波分量為：0.2043。通過與110kV天沁線9月28日跳閘波形對(duì)比可知，在對(duì)110kV泰格變2號(hào)電爐變送電過程中，產(chǎn)生了大量的二次諧波，該二次諧波產(chǎn)生了零序電流，該零序電流的幅值和持續(xù)時(shí)間達(dá)到了110kV沁格線零序II、III段電流動(dòng)作條件，但未達(dá)到零序I段數(shù)值定值，故零序I段未動(dòng)作，零序II、III段保護(hù)正確出口動(dòng)作。

110kV泰格變2號(hào)電爐變僅有主變高壓側(cè)速段電流保護(hù)，而無差動(dòng)保護(hù)，故在投運(yùn)時(shí)其高后備保護(hù)沒有動(dòng)作。110kV泰格變一次主接線圖如圖所示

110kV泰格變一次主接線圖

201X年10月1日01時(shí)28分，在經(jīng)過協(xié)商后，保護(hù)人員接調(diào)度令，臨時(shí)將110kV沁格線保護(hù)定值中零序II、III段時(shí)限定值更改為0.15s，再次對(duì)110kV泰格變2號(hào)電爐變進(jìn)行送電沖擊。連續(xù)沖擊5次，在較好次送電沖擊時(shí)，110kV沁園變110kV沁格線保護(hù)裝置和110kV故障錄波器均啟動(dòng)，在后續(xù)的4次沖擊過程中，只有110kV沁格線保護(hù)裝置有啟動(dòng)報(bào)文，110kV故障錄波器未啟動(dòng)錄波。格側(cè)110kV沁格線保護(hù)裝置也只有啟動(dòng)報(bào)文，第五次沖擊時(shí)格側(cè)110kV沁格線電流、電壓波形如下圖所示。10月1日凌晨3時(shí)10分，110kV沁格線及110kV泰格變送電正常。

第五次沖擊時(shí)，110kV泰格變110kV沁格線電流電壓?jiǎn)?dòng)波形

4事故情況和處理過程

110kV沁園變天沁線按電網(wǎng)短時(shí)合環(huán)操作過程中保護(hù)定值整定原則整定，即線路兩端均應(yīng)具有全線速動(dòng)保護(hù)，以此確保合環(huán)操作過程中系統(tǒng)故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作的選擇性；經(jīng)合環(huán)操作才有可能成為電源端的線路如僅配置普通的階段式距離、零序保護(hù)，則其I段保護(hù)應(yīng)能保本線全長，距離保護(hù)按照充電保護(hù)整定計(jì)算原則計(jì)算，即2倍線路阻抗值整定，時(shí)間為0 S；零序電流保護(hù)定值為300A，時(shí)間為0 S。但在合環(huán)過程中發(fā)生故障，本線及相鄰線路保護(hù)無法保證選擇性。按規(guī)程規(guī)定不考慮與110kV沁格線沁側(cè)保護(hù)的配合，零序電流保護(hù)的整定也不考慮躲110kV泰格硅業(yè)變主變空載合閘的勵(lì)磁涌流。針對(duì)此次事故，根據(jù)泰格硅業(yè)用戶提供的干式變壓器空載合閘零序電流說明（建議延長零序保護(hù)時(shí)間至120ms），將110kV沁格線零序II、III段動(dòng)作時(shí)間由0.4秒調(diào)整為0.12秒，目的是躲泰格硅業(yè)主變空載合閘零序電流，在9月30日送電時(shí)0.12秒任不滿足要求，經(jīng)討論后將110kV沁格線零序II、III段動(dòng)作時(shí)間調(diào)整為0.15秒，送電正常。10月13日，經(jīng)錄波分析，在電網(wǎng)允許的條件下，將沁園變110kV天沁線、池沁線零序保護(hù)由I段調(diào)整至III段，電流定值為300A，時(shí)間為0.2秒；將沁園變110kV沁格線零序II、III段定值由150A調(diào)整為270A, 時(shí)間為0.15秒；將泰格硅業(yè)變110kV沁格線零序III段定值由120A調(diào)整為250A, 時(shí)間為0.05秒。

5結(jié)論

本次跳閘事故中出現(xiàn)的勵(lì)磁涌流主要以三相之間產(chǎn)生的零序電流形式存在，并有很高的二次諧波分量夾雜其中，對(duì)保護(hù)裝置可靠動(dòng)作的要求更加嚴(yán)格，在認(rèn)清楚勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因后，通過技術(shù)人員認(rèn)真分析，較終通過提高保護(hù)動(dòng)作延時(shí)來躲開在干式變壓器合閘瞬間產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流，并確保變電站按計(jì)劃投運(yùn)。

本文主要對(duì)勵(lì)磁涌流引發(fā)的跳閘事故進(jìn)行了深入的分析，介紹了保護(hù)裝置動(dòng)作的情況及通過現(xiàn)有技術(shù)手段使保護(hù)裝置能順利躲過勵(lì)磁涌流，并順利送電的過程?，F(xiàn)階段，干式變壓器躲勵(lì)磁涌流的辦法主要是通過差動(dòng)保護(hù)的比例制動(dòng)和二次諧波制動(dòng)及間斷角識(shí)別法進(jìn)行。通過電力技術(shù)人員的積極應(yīng)對(duì)及認(rèn)真分析，躲過勵(lì)磁涌流的辦法會(huì)越來越多。

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