李建平
摘 要：該文介紹了某500 kV變壓器空載合閘投運過程中，發生多次斷路器充電零序保護動作跳閘致使該變壓器投運不成功的案例。在非人為操作導致設備故障原因的情況下，變壓器空載合閘時勵磁涌流過大，或對於已有變壓器運行再投另外1台變壓器時，易在與其並聯運行的中性點接地變壓器繞組中產生和應涌流，該涌流過大也會造成變壓器或斷路器零序電流保護誤動，並提出了切實可行的防範措施，希望對變電運維新設備投運工作有所幫助。
關鍵詞：變壓器;斷路器;衝擊合閘;勵磁涌流;和應涌流
中圖分類號：TM41 文獻標誌碼：A
0 引言
變電站變壓器投運是變電運維操作的重點，如果在投運尤其是新安裝投運過程中，在非人為操作導致出現設備故障時，若發生不明原因造成設備斷路器異常跳閘而影響投運，這時儘快找出原因並加以防範是保障設備安全運行的首要任務。該文就某500 kV變電站新建變壓器投運過程中多次出現充電斷路器合閘不成功的案例進行分析，希望有助於諸如此類大型設備變電運維工作順利開展。
1 異常情況描述
500 kV石棉變電站在進行新建3號主變啟動投產過程中，按變壓器新投要求其合閘斷路器對該變壓器進行5次衝擊合閘試驗。但前2次均未成功，經檢查一、二次設備正常後，再次試驗，其中前4次合閘均成功，第5次合閘未成功。
2 變壓器投運情況
2.1 3號主變充電前運行方式
500 kV第一、二、五串均開環運行（5013、5023、5043、5053斷路器處於熱備用狀態，1、2號2台變壓器運行），第三串5033斷路器（不帶充電零序保護）壓縮充電保護定值（過流Ⅰ/Ⅱ段定值）對500 kVⅡ母充電正常後保持運行，220 kV、35 kV系統正常運行。
2.2 啟動投運方案相關內容
由該次擴建5043斷路器（43DL）帶充電保護對3號主變（3#B）合閘充電5次。其充電過流Ⅰ/Ⅱ段整定值均為0.4 A，動作時限0.7 s;充電零序電流定值0.12 A，動作時限0.7 s。
2.3 變壓器充電合閘情況
當日22時19分，石棉變電站用43DL對3#B進行第一次衝擊合閘時，43DL充電零序保護動作跳閘。跳開後，現場檢查除1、2、3號變壓器公共繞組保護均有零序電流啟動可復歸外，一、二次設備未見異常。23時13分，省調下令對3#B進行第二次衝擊合閘，43DL充電零序保護動作再次跳開，現場檢查一、二次設備仍未見異常。次日，在用43DL對3號變進行的前4次衝擊合閘試驗均合閘成功，但第五次仍為43DL動作跳閘。
2.4 斷路器充電保護動作情況
第一、二、七次衝擊合閘時，43DL保護屏錄波圖中故障相分別出現較大變壓器衝擊合閘勵磁涌流，導致零序電流超過了43DL充電零序保護動作值，約760 ms後，充電保護動作出口跳開43DL。而其他衝擊合閘成功的4次，均未有動作報告及波形圖。
3 跳閘原因理論依據
3.1 勵磁涌流的產生
當變壓器在空載合閘或外部故障切除後，因電壓在恢復過程中，變壓器一側電壓驟增，產生的暫態磁通會引起變壓器飽和，從而產生變壓器涌流。變壓器涌流根據其形成原因可分為勵磁涌流、和應涌流。從3#B這幾次合閘斷路器故障相及零序電流波形特點不難看出，具備涌流偏於時間軸的一側，且含有大量的高次諧波分量使波形畸變，具有間斷角，在第一個周期達到最大值，以後慢慢衰減至穩定狀態。勵磁涌流值達到合閘斷路器充電零序電流動作值是導致變壓器合閘不成功的直接原因。
3.2 和應涌流的產生
當發電廠或變電站內母線上連接2台及以上的變壓器時，若1台變壓器進行空載合閘，其變壓器繞組中將出現勵磁涌流，與此同時，在與其並聯運行的其它中性點接地變壓器繞組中也將出現浪涌電流，稱作和應涌流。和應涌流與勵磁涌流密切相關。相對於勵磁涌流而言，和應涌流為負（反）向的，即當變壓器空載合閘而鐵心為正向飽和時，並聯運行變壓器的鐵心趨向反向飽和。如圖1所示箭頭指向，3號主變空載合閘時，其勵磁涌流方向與運行的1號、2號主變勵磁電抗中的和應涌流方向相反，即在變壓器空載合閘時產生的暫態過程中，勵磁涌流包含一個穩態周期分量和一個衰減的直流分量Φ（0），由於Φ（0）的作用可能會造成變壓器鐵心飽和，磁化曲線的斜率很小，電流大大增加，形成勵磁涌流。因此這個直流分量就是導致零序電流（I0）產生的主要原因。該直流分量流經與其並聯的中性點接地變壓器的勵磁電抗，使變壓器鐵芯趨向飽和，從而產生相應的和應涌流。
4 跳閘原因定性分析
4.1 合閘角對跳閘的影響
從前面理論依據可以看出I0的大小與變壓器空載合閘時的合閘角α有關。因此3#B在做衝擊合閘時，合閘角的不同導致產生I0的相別也就不同，I0大小也有差異（在α=0°、180°附近合閘的相別I0較大，在α=90°、270°附近合閘的相別I0較小）。正是因為I0大小的不同，使斷路器充電零序保護有時動作，有時不動作，也就是說合閘成功與否具有隨機性。這就解釋了在7次衝擊合閘中為什麼有些成功，有些失敗。
4.2 和應涌流對運行主變的影響
由於和應涌流方向相對於勵磁涌流方向相反，如圖1虛線所示，當系統中3#B空載合閘時，產生的I0通過大地、變壓器中性點進入運行變壓器繞組，可能引起運行變壓器零序保護啟動誤跳閘。此外，3#B中性點流過的I0需通過系統整個零序網形成迴路，不僅是本站1#B、2#B，還可能通過500 kV輸電線路流經其他變電站內變壓器中性點，I0流經母線和線路，勢必有造成保護動作異常的風險。在該次石棉變電站實際運行情況下，因2台運行變壓器負荷電流較大的緣故，3#B投運時產生的I0形成和應涌流分流，並分別與1#B、2#B負荷電流疊加，最終使其運行變壓器產生的I0不足以使本站1#B、2#B公共繞組零序過流保護啟動，或者即使啟動，由於逐漸衰減也不能達到動作時限，即此時和應涌流的影響很小，忽略不計。
4.3 變壓器內部故障的排除
3#B充電合閘時，變壓器差動保護根據高次諧波制動及波形畸變等原理自動判別到勵磁涌流並閉鎖其差動保護。根據保護波形分析，在整個充電過程中，電壓量均保持完好，未見異常，可初步判斷變壓器內部無接地短路情況。
5 防範措施建議
在變壓器投運過程中具體的防範措施建議如下：1）在變壓器投運過程中，運維人員操作合閘斷路器無法掌握其合閘角的情況下，不改變合閘斷路器仍具備的充電過流保護，僅改變導致出口跳閘的充電零序電流保護定值，避免誤動即可。2）該次石棉站3號主變投運，經省調下令執行對43DL充電零序保護電流動作值增大至與充電過流段同值（0.4 A）後，避免了勵磁涌流過大引起的斷路器誤動。
6 結語
該文簡析了變電站變壓器投運過程中多次出現充電斷路器合閘不成功的原因有2個。1）合閘斷路器相關保護未躲過勵磁涌流而跳閘是造成變壓器投運不成功的主要原因。2）變電站由多台變壓器並運行，當其中1台投運時，會在與其並聯運行的其他中性點接地變壓器繞組產生和應涌流，視投運變壓器合閘斷路器合閘時機的不同，該涌流會造成主變或其他設備零序保護啟動或誤動的可能，並提出了相應切實可行的措施，希望對變電運維工作有所幫助。
參考文獻
[1]國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2000.
[2]張伯明， 陳壽孫.高等電力網絡分析[M].北京：清華大學出版社，1996.
[3]程小平.配合係數與網絡結構關係的研究[J].電力系統自動化，2000，24（9）：52-55.
摘 要：該文介紹了某500 kV變壓器空載合閘投運過程中，發生多次斷路器充電零序保護動作跳閘致使該變壓器投運不成功的案例。在非人為操作導致設備故障原因的情況下，變壓器空載合閘時勵磁涌流過大，或對於已有變壓器運行再投另外1台變壓器時，易在與其並聯運行的中性點接地變壓器繞組中產生和應涌流，該涌流過大也會造成變壓器或斷路器零序電流保護誤動，並提出了切實可行的防範措施，希望對變電運維新設備投運工作有所幫助。
關鍵詞：變壓器;斷路器;衝擊合閘;勵磁涌流;和應涌流
中圖分類號：TM41 文獻標誌碼：A
0 引言
變電站變壓器投運是變電運維操作的重點，如果在投運尤其是新安裝投運過程中，在非人為操作導致出現設備故障時，若發生不明原因造成設備斷路器異常跳閘而影響投運，這時儘快找出原因並加以防範是保障設備安全運行的首要任務。該文就某500 kV變電站新建變壓器投運過程中多次出現充電斷路器合閘不成功的案例進行分析，希望有助於諸如此類大型設備變電運維工作順利開展。
1 異常情況描述
500 kV石棉變電站在進行新建3號主變啟動投產過程中，按變壓器新投要求其合閘斷路器對該變壓器進行5次衝擊合閘試驗。但前2次均未成功，經檢查一、二次設備正常後，再次試驗，其中前4次合閘均成功，第5次合閘未成功。
2 變壓器投運情況
2.1 3號主變充電前運行方式
500 kV第一、二、五串均開環運行（5013、5023、5043、5053斷路器處於熱備用狀態，1、2號2台變壓器運行），第三串5033斷路器（不帶充電零序保護）壓縮充電保護定值（過流Ⅰ/Ⅱ段定值）對500 kVⅡ母充電正常後保持運行，220 kV、35 kV系統正常運行。
2.2 啟動投運方案相關內容
由該次擴建5043斷路器（43DL）帶充電保護對3號主變（3#B）合閘充電5次。其充電過流Ⅰ/Ⅱ段整定值均為0.4 A，動作時限0.7 s;充電零序電流定值0.12 A，動作時限0.7 s。
2.3 變壓器充電合閘情況
當日22時19分，石棉變電站用43DL對3#B進行第一次衝擊合閘時，43DL充電零序保護動作跳閘。跳開後，現場檢查除1、2、3號變壓器公共繞組保護均有零序電流啟動可復歸外，一、二次設備未見異常。23時13分，省調下令對3#B進行第二次衝擊合閘，43DL充電零序保護動作再次跳開，現場檢查一、二次設備仍未見異常。次日，在用43DL對3號變進行的前4次衝擊合閘試驗均合閘成功，但第五次仍為43DL動作跳閘。
2.4 斷路器充電保護動作情況
第一、二、七次衝擊合閘時，43DL保護屏錄波圖中故障相分別出現較大變壓器衝擊合閘勵磁涌流，導致零序電流超過了43DL充電零序保護動作值，約760 ms後，充電保護動作出口跳開43DL。而其他衝擊合閘成功的4次，均未有動作報告及波形圖。
3 跳閘原因理論依據
3.1 勵磁涌流的產生
當變壓器在空載合閘或外部故障切除後，因電壓在恢復過程中，變壓器一側電壓驟增，產生的暫態磁通會引起變壓器飽和，從而產生變壓器涌流。變壓器涌流根據其形成原因可分為勵磁涌流、和應涌流。從3#B這幾次合閘斷路器故障相及零序電流波形特點不難看出，具備涌流偏於時間軸的一側，且含有大量的高次諧波分量使波形畸變，具有間斷角，在第一個周期達到最大值，以後慢慢衰減至穩定狀態。勵磁涌流值達到合閘斷路器充電零序電流動作值是導致變壓器合閘不成功的直接原因。
3.2 和應涌流的產生
當發電廠或變電站內母線上連接2台及以上的變壓器時，若1台變壓器進行空載合閘，其變壓器繞組中將出現勵磁涌流，與此同時，在與其並聯運行的其它中性點接地變壓器繞組中也將出現浪涌電流，稱作和應涌流。和應涌流與勵磁涌流密切相關。相對於勵磁涌流而言，和應涌流為負（反）向的，即當變壓器空載合閘而鐵心為正向飽和時，並聯運行變壓器的鐵心趨向反向飽和。如圖1所示箭頭指向，3號主變空載合閘時，其勵磁涌流方向與運行的1號、2號主變勵磁電抗中的和應涌流方向相反，即在變壓器空載合閘時產生的暫態過程中，勵磁涌流包含一個穩態周期分量和一個衰減的直流分量Φ（0），由於Φ（0）的作用可能會造成變壓器鐵心飽和，磁化曲線的斜率很小，電流大大增加，形成勵磁涌流。因此這個直流分量就是導致零序電流（I0）產生的主要原因。該直流分量流經與其並聯的中性點接地變壓器的勵磁電抗，使變壓器鐵芯趨向飽和，從而產生相應的和應涌流。
4 跳閘原因定性分析
4.1 合閘角對跳閘的影響
從前面理論依據可以看出I0的大小與變壓器空載合閘時的合閘角α有關。因此3#B在做衝擊合閘時，合閘角的不同導致產生I0的相別也就不同，I0大小也有差異（在α=0°、180°附近合閘的相別I0較大，在α=90°、270°附近合閘的相別I0較小）。正是因為I0大小的不同，使斷路器充電零序保護有時動作，有時不動作，也就是說合閘成功與否具有隨機性。這就解釋了在7次衝擊合閘中為什麼有些成功，有些失敗。
4.2 和應涌流對運行主變的影響
由於和應涌流方向相對於勵磁涌流方向相反，如圖1虛線所示，當系統中3#B空載合閘時，產生的I0通過大地、變壓器中性點進入運行變壓器繞組，可能引起運行變壓器零序保護啟動誤跳閘。此外，3#B中性點流過的I0需通過系統整個零序網形成迴路，不僅是本站1#B、2#B，還可能通過500 kV輸電線路流經其他變電站內變壓器中性點，I0流經母線和線路，勢必有造成保護動作異常的風險。在該次石棉變電站實際運行情況下，因2台運行變壓器負荷電流較大的緣故，3#B投運時產生的I0形成和應涌流分流，並分別與1#B、2#B負荷電流疊加，最終使其運行變壓器產生的I0不足以使本站1#B、2#B公共繞組零序過流保護啟動，或者即使啟動，由於逐漸衰減也不能達到動作時限，即此時和應涌流的影響很小，忽略不計。
4.3 變壓器內部故障的排除
3#B充電合閘時，變壓器差動保護根據高次諧波制動及波形畸變等原理自動判別到勵磁涌流並閉鎖其差動保護。根據保護波形分析，在整個充電過程中，電壓量均保持完好，未見異常，可初步判斷變壓器內部無接地短路情況。
5 防範措施建議
在變壓器投運過程中具體的防範措施建議如下：1）在變壓器投運過程中，運維人員操作合閘斷路器無法掌握其合閘角的情況下，不改變合閘斷路器仍具備的充電過流保護，僅改變導致出口跳閘的充電零序電流保護定值，避免誤動即可。2）該次石棉站3號主變投運，經省調下令執行對43DL充電零序保護電流動作值增大至與充電過流段同值（0.4 A）後，避免了勵磁涌流過大引起的斷路器誤動。
6 結語
該文簡析了變電站變壓器投運過程中多次出現充電斷路器合閘不成功的原因有2個。1）合閘斷路器相關保護未躲過勵磁涌流而跳閘是造成變壓器投運不成功的主要原因。2）變電站由多台變壓器並運行，當其中1台投運時，會在與其並聯運行的其他中性點接地變壓器繞組產生和應涌流，視投運變壓器合閘斷路器合閘時機的不同，該涌流會造成主變或其他設備零序保護啟動或誤動的可能，並提出了相應切實可行的措施，希望對變電運維工作有所幫助。
參考文獻
[1]國家電力調度通信中心.電力系統繼電保護實用技術問答（第二版）[M].北京：中國電力出版社，2000.
[2]張伯明， 陳壽孫.高等電力網絡分析[M].北京：清華大學出版社，1996.
[3]程小平.配合係數與網絡結構關係的研究[J].電力系統自動化，2000，24（9）：52-55.
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