高阻抗变压器励磁涌流对保护定值设置影响分析_刘华锋.pdf

第31卷2023年第4期农村电工农电技术农网智能化NONGCUN DIANGONG主持：杨留名近年来，绿色电源的大量接入和应用，输变电系统的接入和送出越来越重要，高电压、大容量、高阻抗变压器应用越来越多。这些高阻抗变压器的励磁涌流数值很大，且衰减慢，可能导致保护装置误认为是故障电流而动作。同时励磁涌流会对变压器绕组形成冲击，从而影响变压器使用寿命。高阻抗、大容量变压器的励磁涌流对变压器保护的可靠性和快速性提出了更高的要求。保护如何正确动作并躲开高阻抗变压器励磁涌流的影响，对提高变压器保护动作的正确率及改善系统的供电质量有着重要的意义。1高阻抗变压器的特性分析本文以额定容量为 240 MVA、额定频率为 50 Hz高阻抗变压器为例进行试验分析高阻抗变压器的特性，其绝缘结构为高压内置，以实现高阻抗。计算条件按最苛刻的条件设置，即系统为无穷大，单台变压器高压额定挡位空载合闸，合闸角为0，分别按剩磁50%，80%进行计算。结果表明，剩磁越大，励磁涌流越大。剩磁为80%时，高压最大励磁涌流瞬时值为4 540 A，为额定电流的7.54倍。衰减至峰值50%的时间为1.36 s，衰减至额定电流的时间为5.93 s。2高阻抗变压器充电过程分析以 220 kV 米庄变电站新增的 220 kV 容量 240MVA的高阻抗变压器3号主变（主变压器，下同）为例，通过其高压侧米13和米16断路器对其进行充电，先后进行了10次充电，充电前定值设置如下。（1）米13断路器充电过流段定值1 000 A，0.1 s（电流互感器变流比为 2 000/1）；充电过流段定值500 A，0.5 s；充电零序过流定值300 A。（2）米16断路器充电过流段定值1 000 A，0.1 s（电流互感器变流比为 2 500/1）；充电过流段定值500 A，0.5 s；充电零序过流定值300 A。（3）米 3 主变充电零序过流段定值 300 A，0.3 s（电流互感器变流比为300/1）。第一次充电时间为11时10分39秒629毫秒，300ms后主变充电零序过流段动作，动作后调整该定值为300 A，0.5 s。充电后的现象分析：衰减速度越来越慢；0.3 s后，相电流约衰减至原来的76%，零序电流衰减至原来的79%。（444100）国网湖北襄阳供电公司刘华锋李伯康何朝阳燕磊高阻抗变压器励磁涌流对高阻抗变压器励磁涌流对保护定值设置影响分析保护定值设置影响分析为站外自动化断路器，投入逻辑功能。GB 断路器至FS1断路器间的10 kV线路参数：Z1=（1+j4.71）/km，Z0=（2.5+j10.99）/km，线路全长6 km。FS1断路器至FS2断路器间的 10 kV 线路参数：Z1=（1+j4.71）/km，Z0=（2.5+j10.99）/km，线路全长 8 km。10 kV供电负荷：P1=P2=P3=0.15 MW，Q1=Q2=Q3=0.01 MVar。故障点为FS1断路器至FS2断路器的10 kV线路中间。故障发生时刻为0.2 s，GB断路器跳闸时刻为0.3 s，GB断路器重合闸时刻为 1 s；FS1断路器、FS2断路器第一次失压分闸的时间为0.35 s，FS1断路器得电合闸的时间为1.3 s，FS1断路器第二次失电分闸的时间为1.38 s，仿真持续时间为1.5 s。当故障类型为两相（L1相、L2相）短路接地故障，过渡电阻Rg为0.01 时，FS2断路器检测到的残压波形可以看出，非故障相电压的幅值保持不变，而故障相电压变为零。根据残压判据，此时L3相电压满足本文提出的残压判据。当故障类型为单相（L1相）短路接地故障，过渡电阻Rg为0.01 时，FS2断路器检测到的残压波形可以看出，非故障相电压的幅值保持不变，而故障相电压变为零。根据残压判据，此时 L2和 L3相电压满足本文提出的残压判据。当故障类型为三相短路，过渡电阻Rg为100 时，FS2断路器检测到的残压波形可以看出，三相相电压的幅值均为零，不满足残压判据。FS1断路器能够检测到故障电流，此时FS1断路器会报“过流告警”信号，FS2断路器检测不到故障电流，此时FS2断路器不会报“过流告警”信号。此时配电网自动化主站检测到FS1断路器上报的“闭锁合闸”信号和“过流告警”信号，而FS2断路器位置是分位，则依据本文提出的故障区间判据就可以辨识出故障区间为FS1断路器和FS2断路器之间。2023-01-15收稿EGBFS1KMFS2P1+jQ1P2+jQ2P3+jQ3图410 kV线路故障仿真模型T39DOI:10.16642/ki.ncdg.2023.04.017农村电工第31卷2023年第4期农电技术农网智能化主持：杨留名NONGCUN DIANGONG第二次充电时间为12时20分39秒879毫秒，充电成功。第三次充电时间为12时41分37秒358毫秒，500ms后米 13和米 16断路器充电零序过流、主变充电零序过流段动作，动作后调整充电零序过流定值为330 A，1.0 s。充电后的现象分析：衰减速度越来越慢；0.5 s后，相电流约衰减至原来的64.9%，零序电流衰减至原来的70%。第四次充电时间为14时15分27秒701毫秒，100ms后米13和米16断路器充电过流段动作。第五次充电时间为14时52分21秒319毫秒，充电成功。第六次充电时间为 15 时 20 分 34 秒 648 毫秒，1 000 ms后米13和米16断路器充电过流段动作，动作后调整定值：充电过流段定值调整为2 000 A，0.1s；充电零序过流定值调整为400 A，0.5 s。第七次充电时间为 18 时 1 分 44 秒 467 毫秒，500ms后米 13和米 16断路器充电过流段动作、充电零序过流动作，动作后调整定值：充电过流段定值调整为900 A，0.6 s；充电零序过流定值调整为500 A，0.6 s。充电后现象分析：衰减速度越来越慢；0.5 s后，相电流约衰减至原来的64.3%，零序电流衰减至原来的68%。第八次充电时间为19时53分2秒736毫秒，充电成功。第九次充电时间为20时16分14秒944毫秒，600ms后米 13和米 16断路器充电过流段动作、零序过流动作，动作后调整定值：充电过流段定值调整为900 A，0.6 s；充电零序过流定值调整为 500 A，0.6 s。充电后现象分析：衰减速度越来越慢；0.5 s后，相电流约 衰 减 至 原 来 的 59.5%，零 序 电 流 衰 减 至 原 来 的67.3%。第十次充电一次充电成功。由以上 10次励磁电流衰减特性可以初步得出如下结论。第一个 100 ms，相电流有效值衰减速度为12%15%，零序电流有效值衰减速度为 8%10%。第二个100 ms，相电流有效值衰减速度为7%8%，零序电流有效值衰减速度为 6%7%。大约 500 ms后，相电流衰减至起始值的 60%65%，零序电流有效值衰减至起始值的70%。相电流（零序电流）衰减速度较慢，而且随时间变化越来越慢。相电流中直流分量极大，衰减速度较慢。3励磁涌流产生原因及影响3.1励磁涌流产生原因主要是由于磁通的连续性及变压器铁芯材料的非线性、饱和性引起的，由此可以判定影响励磁涌流大小的主要因素：一是合闸电压相位角；二是铁芯剩磁方向及大小；三是励磁线圈与铁芯间的主空道面积。根据本次试验主变结构特点，高压绕组内置，高压主电容变大，容抗减小，延长了励磁涌流衰减时间。3.2励磁涌流对变压器寿命的影响励磁涌流对变压器寿命的影响。可参考变压器短路对变压器寿命的影响。如前所述，变压器合闸励磁涌流峰值为 4 540 A，约为变压器额定电流的 7.54倍，经专业变压器绕组动稳定计算软件计算出绕组的动稳定最小安全系数为 8.49，远远超过安全系数控制值1.0，可以判断合闸对变压器寿命的影响微乎其微。热稳定对变压器寿命的影响。为在最恶劣工况下验证合闸对变压器寿命的影响，取热稳定初始温度为105 （40 环境温度加 65 温升限值），根据 GB1094.52008 电力变压器第5部分：承受短路的能力 第4.1.5 节的计算方法，可计算出136 s后绕组的温升为109，经过计算，可判断绕组在1.36 s内平均温度值不超过250，在该变压器绕组能够承受范围内，且有较大裕度，对变压器寿命的影响非常小。通过以上分析，变压器在合闸时的励磁涌流对变压器运行寿命的影响可忽略。3.3励磁涌流对继电保护的影响一是励磁涌流中含有比较大的直流分量易造成电流互感器饱和，严重情况下可能导致母差保护动作。二是励磁涌流中零序分量比较大，且衰减速度较慢，容易造成零序保护动作。三是各相励磁涌流比较大且衰减速度较慢，容易造成过流保护动作。从上述影响来看，一是对新投变压器，生产厂家需提供变压器励磁涌流衰减特性报告，给定值提供参考；二是变压器空载投入（充电或检修投入）前进行消磁；三是充电投入前，停用充电保护中的零序保护。4限制励磁涌流的技术措施依据在合闸瞬间外施交流电压的峰值为最大值时变压器不会产生励磁涌流的特点，可以通过控制三相断路器合闸的角度来抑制励磁电流。当变压器空载合闸时在变压器的输入端与电网间串联适当的限流电阻来限制励磁涌流，达到稳定运行后再将该限流电阻切除。限流电阻不仅能降低励磁涌流的峰值，还能使励磁涌流很快衰减。降低变压器的剩磁也能够抑制励磁涌流的最大值，措施如下。（1）在从电网中切除变压器之前，先切除掉变压器所带的负载，这样就可以大大降低变压器的剩磁。因为变压器从电网中切除时，所流过的电流仅仅是额定空载电流，它通常滞后于电源电压7090，因此当断路器切除额定空载电流的瞬间，与其对应的电压波形刚好在最大值附近，所以铁芯中的磁通接近于零。（2）在电源电压波形最大值的瞬间，将变压器从电网中切除。理论上讲，几乎可以完全消除剩磁，但这时必须采用能够准确选择电源合闸相位的开关装置。实际操作中，该方法具有相当难度。2023-01-19收稿40