技術(shù)收藏 |干式變壓器勵磁涌流引發(fā)跳閘事件分析
[內容摘要通過(guò)對一起由于干式變壓器合閘的勵磁涌流產(chǎn)生的斷路器跳閘事件的分析及處理方法，通過(guò)對干式變壓器勵磁涌流產(chǎn)生的原因分析，提出的建議及解決措施。
[關(guān)鍵詞勵磁涌流；斷路器；零序電流
1引言
勵磁涌流（inrushcurrent)的發(fā)生，很明顯是受勵磁電壓的影響。即只要系統電壓一有變動(dòng)，勵磁電壓受到影響，就會(huì )產(chǎn)生勵磁涌流。在不同的情況下將產(chǎn)生如下所述的初始（initial inrush)、電壓復原（recovery inrush)及共振（sympathetic inrush 共感）等不同程度的勵磁涌流。其瞬時(shí)尖峰值及持續時(shí)間，將視下列各因素的綜合情況而定，可能會(huì )高達干式變壓器額定電流的8~30倍。當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(chēng)之為勵磁涌流，特點(diǎn)如下：
1)涌流含有數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，勵磁涌流的變化曲線(xiàn)為尖頂波。
2)勵磁涌流的衰減常數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(kāi)始瞬間衰減很快，以后逐漸減慢，經(jīng)0.5～1s后其值不超過(guò)(0.25～0.5)In。
3)一般情況下，干式變壓器容量越大，衰減的持續時(shí)間越長(cháng)，但總的趨勢是涌流的衰減速度往往比短路電流衰減慢一些。
4)勵磁涌流的數值很大，較大可達額定電流的8～10倍。當整定一臺斷路器控制一臺干式變壓器時(shí)，其速斷可按干式變壓器勵磁電流來(lái)整定。
下面就是一起因干式變壓器勵磁涌流影響產(chǎn)生的一起事故，及解決方法：
2跳閘前運行方式
110kVI、II母聯(lián)絡(luò )運行,I母帶池沁線(xiàn)熱備用、110kV沁格線(xiàn)運行（新間隔送電）， II母帶2號主變、天沁線(xiàn)運行；110kV線(xiàn)路備自投投入運行，即“跳天沁、合池沁”，35kVI、II母聯(lián)絡(luò )運行I母帶沁鴻線(xiàn)、沁寶線(xiàn)運行 II母帶沁丁線(xiàn)、沁優(yōu)線(xiàn)運行、沁鴻二線(xiàn)冷備用，10kVII母帶沁煤線(xiàn)、沁佳線(xiàn)、沁松線(xiàn)、沁泰線(xiàn)、沁達線(xiàn)、沁晶線(xiàn)、2號所用變、4號電容器運行。
3故障情況分析
201X年9月28日22：32分，在對110kV某某變110kV沁格線(xiàn)對側（泰格硅業(yè)開(kāi)關(guān)站2號電爐變）送電過(guò)程中，某某變110kV天沁線(xiàn)零序I段保護動(dòng)作，跳開(kāi)110kV天沁線(xiàn)斷路器，110kV母線(xiàn)電壓緩慢降低，110kV進(jìn)線(xiàn)備自投未動(dòng)作，110kV某某變失壓，4號電容器因低電壓保護動(dòng)作跳閘。線(xiàn)路保護及備自投聯(lián)切小電源壓板未投入。保護人員在現場(chǎng)檢查故障錄波圖如下：
3.1110kV天沁線(xiàn)保護裝置動(dòng)作行為分析
110kV天沁線(xiàn)保護裝置型號：許繼電氣生產(chǎn)的WXH-813A/1/R1保護裝置,CT變比為：600/1。110kV天沁線(xiàn)跳閘時(shí)，天沁線(xiàn)保護裝置顯示報文如下：
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(chēng)：零序I段動(dòng)作
動(dòng)作相對時(shí)間：012毫秒
故障測距測距參數0.00km
故障測距故障參數
A相電流0.209∠150A
B相電流0.56∠353A
C相電流0.562∠227A
測距結果：0.00km
天沁線(xiàn)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
根據錄波圖形分析可知，在110kV天沁線(xiàn)跳閘時(shí)刻，B相電流明顯偏向于時(shí)間軸的上側，C相電流偏向與時(shí)間軸的下側。對跳閘時(shí)刻的A、B、C電流進(jìn)行諧波分析發(fā)現：110kV天沁線(xiàn)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磁涌流特征。一次電流約為360A，故可推斷該勵磁涌流應為對側110kV泰格變2號爐變送電時(shí)所產(chǎn)生的勵磁涌流，不是故障電流。經(jīng)保護廠(chǎng)家分析認為：
（1）9月28日22時(shí)32分在沁格線(xiàn)對側送電時(shí)，天沁線(xiàn)WXH-813A保護受此擾動(dòng)而啟動(dòng)。
（2）保護啟動(dòng)后產(chǎn)生了零序電流，此零序電流大小滿(mǎn)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(mǎn)足零序功率正序方向（滿(mǎn)足動(dòng)作區30度到190度），因此零序I段保護瞬時(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相電流在保護啟動(dòng)前后沒(méi)有變化，而B(niǎo)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，從而直接導致了此次零序保護的動(dòng)作出口。
許繼廠(chǎng)家分析結果示意圖
根據故障錄波圖，廠(chǎng)家建議
（1）、干式變壓器空載合閘時(shí)，勵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(guò)干式變壓器空載合閘時(shí)的不平衡。
3.2110kV沁格線(xiàn)保護裝置動(dòng)作行為分析
110kV沁格線(xiàn)為本次新投運間隔，保護裝置型號為：許繼電氣生產(chǎn)的WXH-813A/Ｂ1/R1線(xiàn)路保護,CT變比為600/1,110kV天沁線(xiàn)跳閘時(shí)，沁格線(xiàn)保護裝置無(wú)保護動(dòng)作報文，原因如下：
沁格線(xiàn)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(xiàn)跳閘時(shí)，流過(guò)110kV沁格線(xiàn)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(xiàn)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)。
根據廠(chǎng)家提供的保護裝置的分析說(shuō)明，及泰格硅業(yè)提供的干式變壓器及斷路器復查試驗結果，確定干式變壓器無(wú)故障。9月30日，23時(shí)在更改完110kV池沁線(xiàn)、天沁線(xiàn)、沁格線(xiàn)保護定值的情況下繼續對泰格變電站進(jìn)行送電。
9月30日23時(shí)04分，根據新確定的送電方案，對110kV泰格變2號電爐變較好次試送時(shí)110kV沁格線(xiàn)再次跳閘，此時(shí)的運行方式為：
110kVI、II母分列運行,110kV池沁線(xiàn)在I母運行、帶110kV沁格線(xiàn)（新間隔送電線(xiàn)路），110kV天沁線(xiàn)帶110kVII母、2號主變運行，35kVI、II母聯(lián)絡(luò )運行I母帶沁鴻線(xiàn)、沁寶線(xiàn)運行，II母帶沁丁線(xiàn)、沁優(yōu)線(xiàn)運行、沁鴻二線(xiàn)冷備用，10kVII母帶沁煤線(xiàn)、沁佳線(xiàn)、沁松線(xiàn)、沁泰線(xiàn)、沁達線(xiàn)、沁晶線(xiàn)、2號所用變、4號電容器運行。
110kV沁格線(xiàn)動(dòng)作時(shí)，保護裝置報文如下：
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(chēng)動(dòng)作相別動(dòng)作相對時(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故障測距測距參數0.00km
故障測距參數
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測距結果0.000km
保護裝置型號為許繼電氣集團生產(chǎn)的WXH-813A/B1/R1保護裝置，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I、II、III段，零序IV段保護退出。
故障錄波圖如圖所示：
110kV沁園變110kV沁格線(xiàn)9月30日23時(shí)04分電流、電壓波形
通過(guò)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(guò)與110kV天沁線(xiàn)9月28日跳閘波形對比可知，在對110kV泰格變2號電爐變送電過(guò)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時(shí)間達到了110kV沁格線(xiàn)零序II、III段電流動(dòng)作條件，但未達到零序I段數值定值，故零序I段未動(dòng)作，零序II、III段保護正確出口動(dòng)作。
110kV泰格變2號電爐變僅有主變高壓側速段電流保護，而無(wú)差動(dòng)保護，故在投運時(shí)其高后備保護沒(méi)有動(dòng)作。110kV泰格變一次主接線(xiàn)圖如圖所示
110kV泰格變一次主接線(xiàn)圖
201X年10月1日01時(shí)28分，在經(jīng)過(guò)協(xié)商后，保護人員接調度令，臨時(shí)將110kV沁格線(xiàn)保護定值中零序II、III段時(shí)限定值更改為0.15s，再次對110kV泰格變2號電爐變進(jìn)行送電沖擊。連續沖擊5次，在較好次送電沖擊時(shí)，110kV沁園變110kV沁格線(xiàn)保護裝置和110kV故障錄波器均啟動(dòng)，在后續的4次沖擊過(guò)程中，只有110kV沁格線(xiàn)保護裝置有啟動(dòng)報文，110kV故障錄波器未啟動(dòng)錄波。格側110kV沁格線(xiàn)保護裝置也只有啟動(dòng)報文，第五次沖擊時(shí)格側110kV沁格線(xiàn)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(xiàn)及110kV泰格變送電正常。
第五次沖擊時(shí)，110kV泰格變110kV沁格線(xiàn)電流電壓?jiǎn)?dòng)波形
4事故情況和處理過(guò)程
110kV沁園變天沁線(xiàn)按電網(wǎng)短時(shí)合環(huán)操作過(guò)程中保護定值整定原則整定，即線(xiàn)路兩端均應具有全線(xiàn)速動(dòng)保護，以此確保合環(huán)操作過(guò)程中系統故障時(shí)保護動(dòng)作的選擇性；經(jīng)合環(huán)操作才有可能成為電源端的線(xiàn)路如僅配置普通的階段式距離、零序保護，則其I段保護應能保本線(xiàn)全長(cháng)，距離保護按照充電保護整定計算原則計算，即2倍線(xiàn)路阻抗值整定，時(shí)間為0 S；零序電流保護定值為300A，時(shí)間為0 S。但在合環(huán)過(guò)程中發(fā)生故障，本線(xiàn)及相鄰線(xiàn)路保護無(wú)法保證選擇性。按規程規定不考慮與110kV沁格線(xiàn)沁側保護的配合，零序電流保護的整定也不考慮躲110kV泰格硅業(yè)變主變空載合閘的勵磁涌流。針對此次事故，根據泰格硅業(yè)用戶(hù)提供的干式變壓器空載合閘零序電流說(shuō)明（建議延長(cháng)零序保護時(shí)間至120ms），將110kV沁格線(xiàn)零序II、III段動(dòng)作時(shí)間由0.4秒調整為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(mǎn)足要求，經(jīng)討論后將110kV沁格線(xiàn)零序II、III段動(dòng)作時(shí)間調整為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(xiàn)、池沁線(xiàn)零序保護由I段調整至III段，電流定值為300A，時(shí)間為0.2秒；將沁園變110kV沁格線(xiàn)零序II、III段定值由150A調整為270A, 時(shí)間為0.15秒；將泰格硅業(yè)變110kV沁格線(xiàn)零序III段定值由120A調整為250A, 時(shí)間為0.05秒。
5結論
本次跳閘事故中出現的勵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，對保護裝置可靠動(dòng)作的要求更加嚴格，在認清楚勵磁涌流產(chǎn)生的原因后，通過(guò)技術(shù)人員認真分析，較終通過(guò)提高保護動(dòng)作延時(shí)來(lái)躲開(kāi)在干式變壓器合閘瞬間產(chǎn)生的勵磁涌流，并確保變電站按計劃投運。
本文主要對勵磁涌流引發(fā)的跳閘事故進(jìn)行了深入的分析，介紹了保護裝置動(dòng)作的情況及通過(guò)現有技術(shù)手段使保護裝置能順利躲過(guò)勵磁涌流，并順利送電的過(guò)程?，F階段，干式變壓器躲勵磁涌流的辦法主要是通過(guò)差動(dòng)保護的比例制動(dòng)和二次諧波制動(dòng)及間斷角識別法進(jìn)行。通過(guò)電力技術(shù)人員的積極應對及認真分析，躲過(guò)勵磁涌流的辦法會(huì )越來(lái)越多。
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