考慮變壓器勵磁涌流影響的保護整定

摘要：在大型變壓器空栽沖擊過(guò)程中，由于勵磁涌流和負序電壓的存在，如果定值整定不得當，會(huì )導致差動(dòng)保護，復壓過(guò)流保護等誤動(dòng)作，影響設備的正常運行。為了保證定值整定的正確性，在此通過(guò)對勵磁涌流產(chǎn)生的原因和特點(diǎn)進(jìn)行理論分析，結合變壓器沖擊過(guò)程中實(shí)際數據以及大型變壓器沖擊過(guò)程中由于定值整定不合理造成保護誤動(dòng)作的實(shí)例，對變壓器沖擊過(guò)程中相關(guān)定值整定的原則進(jìn)行了探討。在定值的整定過(guò)程中要考慮勵磁涌流的幅值、諧波含量和衰減時(shí)間以廈負序電壓的幅值和衰減時(shí)間的影響。
關(guān)鍵詞：勵磁涌流；復壓過(guò)流保護；定值整定；差動(dòng)保護；變壓器沖擊

0 引言
新投入運行的變壓器，除按交接試驗標準做一些必需的試驗及保護、二次方面的試驗外，在正式投入前，通常都要做空載全電壓合閘沖擊試驗。做空載合閘沖擊試驗的目的是：檢查變壓器的相關(guān)保護是否誤動(dòng)。帶電投入空載變壓器時(shí)，會(huì )產(chǎn)生勵磁涌流，其值可達6～8倍額定電流。勵磁涌流開(kāi)始衰減較快，一般經(jīng)0．5～1 s即可減至0．25～0．5倍額定電流，但全部衰減完畢時(shí)間較長(cháng)，中小變壓器約幾秒，大型變壓器可達10～20 s，故勵磁涌流衰減初期，往往使差動(dòng)保護誤動(dòng)，造成變壓器不能投入。因此，空載沖擊合閘時(shí)，在勵磁涌流作用下，可對差動(dòng)保護的接線(xiàn)、特性、定值進(jìn)行實(shí)際檢查，并作出該保護可否投入的評價(jià)和結論。

1 勵磁涌流產(chǎn)生的原因
1．1 勵磁涌流產(chǎn)生的機理
以單相變壓器為例，說(shuō)明其空投時(shí)勵磁涌流產(chǎn)生的機理。
忽略變壓器及合閘回路電阻的影響，且電源電壓的波形為正弦波，則空投瞬間變壓器鐵心中的磁通與外加電壓的關(guān)系為：

式中：N為變壓器空投側繞組的匝數；φ為鐵心中的磁通；Um為電源電壓的幅值；α為合閘角；ω為角速率，當頻率為50 Hz時(shí)，ω=314。
考慮電源回路及變壓器繞組的有效電阻及損耗，由式(1)求解可得：


式中：；T為時(shí)間常數，與合閘回路的損耗及感抗有關(guān)。式(2)中的第一項為磁通的強迫分量；第二項為磁通的自由分量或衰減分量。
由式(2)可以看出，在空投變壓器的瞬間，鐵心中的磁通由三部分組成，即強迫磁通φmcos(ωt+α)、剩磁通φs及決定于合閘角α的磁通φmcosα。根據式(2)及不考慮自由分量或衰減分量，并設合閘角α=0，剩余磁通φs=0．9φm時(shí)，在合閘瞬間變壓器鐵心中的綜合磁通變化曲線(xiàn)如圖1所示。在圖1中，曲線(xiàn)①為外加電壓波形；曲線(xiàn)②為鐵心中的強迫磁通(或穩定磁通)波形；曲線(xiàn)③為空投變壓器時(shí)鐵心中的綜合磁通波形。

可以看出，當初始合閘角等于0°，變壓器鐵心中的剩余磁通φs=0．9時(shí)，鐵心中的最大磁通達2．9φm，從而使變壓器鐵心嚴重飽和，勵磁電流猛增，即產(chǎn)生所謂勵磁涌流。
1．2 影響勵磁涌流大小的因素
由式(2)可以看出，空投變壓器時(shí)，鐵心中磁通的大小與φm，cosα及φs有關(guān)，而勵磁涌流的大小與鐵心中磁通的大小有關(guān)。磁通越大，鐵心越飽和，勵磁涌流就越大。因此，影響勵磁涌流大小的因素主要有：
(1)電源電壓。變壓器合閘后，鐵心中強迫磁通的幅值φm=Um／Nω。因此，電源電壓越高，φm越大，勵磁涌流越大。
(2)合閘角α。當合閘角α=0時(shí)，φm=ωsα最大，勵磁涌流大；而當α=90°，φmcosα等于零，勵磁涌流較??；
(3)剩磁Bs
合閘之前，變壓器鐵心中的剩余磁通越大，勵磁涌流就越大。另外，當剩余磁通Bs的方向與合閘之后φmcosα的方向相同時(shí)，勵磁涌流就大，反之亦反。
此外，勵磁涌流的大小，尚與變壓器的結構、鐵心材料及設計的工作磁密度有關(guān)。變壓器的容量越小，空投時(shí)勵磁涌流與其額定電流之比就越大。