浅析电力变压器励磁涌流引起的断路器跳闸

关键词：继电保护  电力变压器  跳闸分析  励磁涌流 

某新投运变电站两台变压器在试运行过程中，当对变压器高压侧充电时两台变压器均有多次跳闸，通过对录波报告分析后确定为励磁涌流引起，开关跳闸为母联充电保护及变压器过流保护所整定定值无法躲过励磁涌流，经过多次修改后，变压器送电正常。 

1 跳闸概况 

该变电站主变型号分别为：1号变：sfz10－k－180000/220，2号变：sfz10－180000/220。试运行期间两台变压器充电共计15次，其中1号变失败2 次，2号变失败3次，送电成功各5次。 

充电方式为：220kvii母母线上仅有变压器高压侧开关，i母通过母联开关向ii母上的变压器充电。此时所投入保护为母联断路器充电保护，变压器差动保护、三侧复压过流保护以及瓦斯保护。充电时母联充电保护、变压器复压过流保护均动作。 

跳闸后分析跳闸原因为主变励磁涌流引起，经修改主变过流保护定值，电流改大，时间改长后主变充电成功，2台主变各正常充电5次。 

2 跳闸分析 

在试运行过程中，变压器跳闸，一般分为两种情况：①变压器内部故障，确实存在故障点，电流中含有故障电流，使开关跳闸；②变压器励磁涌流，保护未躲过变压器励磁涌流而造成跳闸。故障电流就单相来看为正弦波，电流较大且对称分布于时间轴两侧。而励磁涌流为尖顶波，其中含有大量的非周期分量和谐波分量，以二次谐波分量为主，并且前几个周期可能完全偏向于时间轴一侧，存在间断角。 

从变压器跳闸时故障录波图中可以看出电流的波形完全可以符合变压器励磁涌流的特点：①励磁涌流为尖顶波，其中含有大量的谐波分量和非周期分量，谐波分量以二次谐波分量为主，且其波形偏向时间轴一侧。②励磁涌流在最初的几个周期波形是间断的。因此可以初步判断为励磁涌流。此时的保护定值为 

由于母联开关合闸瞬间变压器零序电流高达1467a，相电流c相最大达到2230a；在0.25s左右零序电流衰减到1057a，相电流c相衰减到951a，但b相电流仍有1051a。变压器过流保护动作导致变压器高压侧跳闸，母联过流保护动作导致母联开关跳闸。 

选取ic相录波谐波分量进行分析： 

上图为电流谐波分量分析图，从图中可以看出，ic相电流中直流分量高达73.7%，二次谐波分量为87.99%，由此，也可判断定励磁涌流而非故障电流。 

因此，此次跳闸为励磁涌流所致，但投运所设定值专为躲过励磁涌流所设，按正常情况下应能躲过励磁涌流。为此我们分析合闸成功后的一次励磁涌流波形。 

励磁涌流在接近2s的时候零序电流仍有526a左右，b相电流也有568a，而变压器的额定电流仅为483a，电流大于一倍的额定电流，而通常情况下励磁涌流的衰减在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过(0.25～0.5)in。而此次励磁涌流在接近2s时仍有约一倍的电流，可见其衰减程度之慢。因此常规所用过流保护定值无法躲过励磁涌流。 

励磁涌流衰减较慢，是引起保护未能躲过励磁涌流的主要原因。而变压器励磁涌流的衰减速度与电力系统的时间常数有关。励磁涌流与合闸瞬间外加电压的相位，铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量、变压器的容量及铁芯材料等因素有关。一般，变压器容量大、距离电源点近、铁芯饱和不深时励磁涌流衰减时间较长。经过考察，此变电站4条220kv线路所连接变电站均有发电厂出线，与电源距离较近，且两台变压器为180000kw的变压器，容量较大，因此励磁涌流衰减时间较长，致使常规所用定值无法满足要求。 

综上所述，此次对变压器多次充电失败的最主要原因为变压器容量较大且铁芯饱和不深，使回路电抗较大，致使励磁涌流衰减时间较长，引起开关跳闸。 

3　改进措施 

励磁涌流容易引发变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运频频失败，数值很大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电动力过大受损，诱发操作过电压，损坏电气设备并造成电网电压骤升或骤降，影响其他电气设备正常工作。 

①对于变压器试运行送电前结合区域电网及厂家提供的变压器铁芯特性，可对试运行保护的定值进行在定值范围内更改。 

二次谐波制动整定根据经验可整定为15%-20% 

涌流间断角，根据运行经验闭锁角可取为60度至70度。如需用涌流导数的最小间断角大于等于65度，最大波宽小于等于140度。 

②结合区域电网特点，在设备签署技术协议时增加保护装置对励磁涌流的判据条件，确保躲过励磁涌流，保证设备稳定运行。