沙晟田

（國網(wǎng)天津電力檢修公司，天津300000）

0 引言

電力施工建設(shè)中，電力系統(tǒng)設(shè)備的主要元器件有高壓斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器、避雷器、接地開關(guān)、變壓器等，二次元器件主要有萬轉(zhuǎn)開關(guān)、指示燈、測控裝置、綜合保護(hù)裝置等器件，這些一次和二次元器件相互配合，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的電氣傳動和測量保護(hù)功能。高壓配電室內(nèi)一般采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置對配電設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，綜合保護(hù)裝置是一種以電流、電壓為基本配置，同時集成了各種測量和控制功能的電力自動化產(chǎn)品。綜合保護(hù)裝置根據(jù)一次線路中電壓互感器、電流互感器二次線圈感應(yīng)出的二次電壓、二次電流進(jìn)行邏輯判斷，并與事先設(shè)置的保護(hù)參數(shù)整定值進(jìn)行對比，最終通過跳閘出口繼電器完成對高壓斷路器的跳閘操作，從而實(shí)現(xiàn)對線路中變壓器、電動機(jī)、電容器、電抗器等負(fù)載的保護(hù)。

1 變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生

變壓器勵磁涌流是由于鐵芯的磁飽和產(chǎn)生的，勵磁涌流通常在接通電源1/4周期后開始產(chǎn)生，幅度最大值可能超過變壓器額定電流的幾倍甚至幾十倍，持續(xù)時間較長，從數(shù)十個電源周期直至數(shù)十秒不等。勵磁涌流的幅度與變壓器的二次負(fù)荷無關(guān)，但持續(xù)時間與二次負(fù)荷有關(guān)，二次負(fù)荷越大則涌流持續(xù)時間越短，二次負(fù)荷越小則涌流持續(xù)時間越長，因此空載的變壓器涌流持續(xù)時間最長。

變壓器的容量越大，涌流的幅度越大，持續(xù)的時間越長。當(dāng)在電壓過零時刻投入變壓器時，會產(chǎn)生最嚴(yán)重的磁飽和現(xiàn)象，因此勵磁涌流最大。當(dāng)在電壓為峰值時刻投入變壓器時，不會產(chǎn)生磁飽和現(xiàn)象，因此不會出現(xiàn)勵磁涌流。

勵磁涌流的發(fā)生，很明顯是受勵磁電壓的影響，即只要系統(tǒng)電壓一有變動，勵磁電壓受到影響，就會產(chǎn)生勵磁涌流，在不同的情況下將產(chǎn)生初始、電壓復(fù)原及共振等不同程度的勵磁涌流，其瞬時尖峰值及持續(xù)時間可能會高達(dá)變壓器額定值的8～30倍。

2 應(yīng)用案例介紹

2017年7月30日，運(yùn)維人員對某220 kV變電站的一組35 kV站用變高壓開關(guān)柜進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，一切條件滿足后，為站用變T1變壓器進(jìn)行送電。當(dāng)操作人員進(jìn)行手動合閘操作后，綜合保護(hù)裝置保護(hù)動作，斷路器跳閘，再次手動合閘后斷路器又再次跳閘。運(yùn)維技術(shù)人員懷疑電纜線路有故障，或者接地開關(guān)沒有斷開導(dǎo)致電纜線路短路，于是決定對整條電纜線路及站用變進(jìn)行故障排查。但是整個檢查過程下來，沒有發(fā)現(xiàn)電纜線路及站用變故障或短路情況，查看接地開關(guān)在打開狀態(tài)，并沒有接地，高壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)備表面和內(nèi)部沒有弧光短路現(xiàn)象，也沒有明顯的放電痕跡，故障排查工作陷入困境。

分析斷路器跳閘的主要原因，主要是綜合保護(hù)裝置動作，動作事件是速度保護(hù)，動作時間是11 ms，運(yùn)維技術(shù)人員開始從一次系統(tǒng)及二次原理分析著手。從原理圖（圖1）中看出，綜合保護(hù)裝置的保護(hù)電流采集自電流互感器TAa、TAc的二次側(cè)并經(jīng)接線端子1X9、1X13進(jìn)入綜合保護(hù)裝置PSL-641UB，接線端子1X10、1X14短接接地，從而實(shí)現(xiàn)對變壓器饋線回路整條線路的電流采集。綜合保護(hù)裝置經(jīng)邏輯檢測、運(yùn)算之后，若實(shí)測到的電流值大于保定參數(shù)設(shè)定值，滿足條件，則綜合保護(hù)裝置內(nèi)跳位繼電器動作，跳位保持繼電器TBJ電流線圈得電并自保，直至斷路器跳閘完畢，完成斷路器的跳閘保護(hù)動作。

圖1 保護(hù)原理圖

3 原因分析

現(xiàn)場技術(shù)人員對變壓器及相關(guān)電纜線路進(jìn)行檢查，并測量絕緣阻值，均未能發(fā)現(xiàn)問題，但是綜合保護(hù)裝置卻保護(hù)動作，綜合保護(hù)裝置保護(hù)動作報文如表1所示。

表1 綜合保護(hù)裝置保護(hù)動作報文

從現(xiàn)場排查中確認(rèn)沒有其他異常情況，排除設(shè)備自身的問題，從綜合保護(hù)裝置事件中可以明顯地看到，在變壓器送電的一段極短的時間內(nèi)出現(xiàn)了保護(hù)動作。

新投變壓器跳閘原因：變壓器投入時，變壓器需要建立耦合磁場，由于勵磁涌流的發(fā)生，其瞬時尖峰值可能會高達(dá)變壓器額定電流的10～20倍，由于綜合保護(hù)裝置的保護(hù)參數(shù)設(shè)置不合理，如瞬時保護(hù)時間為0 s，小變比電流互感器二次額定電流就會很大，直接導(dǎo)致綜合保護(hù)裝置瞬時跳閘。

第二次事件中變壓器跳閘原因：當(dāng)系統(tǒng)投入大功率變壓器時，由于勵磁涌流的發(fā)生，線路系統(tǒng)電壓突降，只要系統(tǒng)電壓一有變動，就會產(chǎn)生新的不同程度的勵磁涌流，其瞬時尖峰值及持續(xù)時間可能會高達(dá)變壓器額定值的8～30倍。由于綜合保護(hù)裝置的保護(hù)參數(shù)設(shè)置不合理，如瞬時保護(hù)時間為0 s，小變比電流互感器二次額定電流就會很大，直接導(dǎo)致綜合保護(hù)裝置瞬時跳閘。

根據(jù)上述原因分析，由于變壓器勵磁涌流的特性，綜合保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致變壓器投運(yùn)頻頻失敗。

這兩次事件充分體現(xiàn)了綜合保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置正確合理的重要性。如綜合保護(hù)裝置參數(shù)設(shè)置不合理，不但影響設(shè)備本身的送電情況，還會引起該系統(tǒng)的電壓波動，導(dǎo)致該系統(tǒng)的帶電設(shè)備掉閘，引發(fā)更大范圍的停電，給企業(yè)的運(yùn)行帶來較大的損失。

4 解決方案

綜合上述事件的分析，我們重新調(diào)整了綜合保護(hù)裝置的定值參數(shù)。根據(jù)現(xiàn)場投運(yùn)使用要求，保護(hù)投入的有：速斷保護(hù)、Ⅰ段電流保護(hù)、Ⅱ段電流保護(hù)、零序電流保護(hù)；變壓器容量為3 150 kVA；根據(jù)公式UI計(jì)算出高壓側(cè)電流值為52 A，現(xiàn)場電流互感器變比為300/1，對綜合保護(hù)裝置參數(shù)重新設(shè)置如下：

（1）速斷保護(hù)電流設(shè)置為6～8倍的額定電流，則二次電流應(yīng)為1.39 A，動作時間為100 ms；

（2）Ⅰ段保護(hù)電流設(shè)置為2.5倍的額定電流，則二次電流應(yīng)為0.43 A，動作時間為1.0 s；

（3）Ⅱ段保護(hù)電流設(shè)置為1.1倍的額定電流，則二次電流應(yīng)為0.2 A，動作時間為2.0 s。

5 結(jié)語

設(shè)置綜合保護(hù)裝置的速斷保護(hù)參數(shù)時，一定要注意變壓器勵磁涌流特性對電力系統(tǒng)電壓的影響。保護(hù)參數(shù)設(shè)置要合理，速斷保護(hù)的動作時間一定要避開勵磁涌流，既能讓綜合保護(hù)裝置正確判斷變壓器的勵磁涌流以免導(dǎo)致綜合保護(hù)裝置誤判斷引起斷路器跳閘，又能在送電時對變壓器自身故障進(jìn)行及時保護(hù)能夠讓斷路器及時跳閘。結(jié)合實(shí)際的工程應(yīng)用，變壓器的勵磁涌流一般按照額定電流的10倍計(jì)算，然后根據(jù)一次電流互感器的變比，測算出綜合保護(hù)裝置的二次電流值，時間上才可以設(shè)置為0 s，否則就會因?yàn)閯畲庞苛鞯臎_擊導(dǎo)致綜合保護(hù)動作。

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