变压器直流电阻试验后剩磁影响及对策

寇海荣，王新中，史明彪

（阳城国际发电有限责任公司，山西 晋城 048100）

变压器直流电阻试验后剩磁影响及对策

寇海荣，王新中，史明彪

（阳城国际发电有限责任公司，山西 晋城 048100）

阐述了大型变压器在直流电阻试验中，会在铁芯中产生剩磁，当发变组进行零起升压或变压器空载合闸时，可能会造成差动保护误动作。结合实例分析了变压器剩磁产生的原因及现象，并提出了可以利用减小直流电阻试验电流值及试验时间、控制电压合闸相位角、差动保护设置二次谐波交叉闭锁三种方法来减少变压器剩磁，避免差动保护误动。

变压器；直流电阻；剩磁；励磁涌流；差动保护

0 引言

按照《电力设备预防性试验规程》要求，大型变压器在检修后或运行1～3 a后，必要时都要进行直流电阻试验[1]。直流电阻试验将在变压器铁芯中产生剩磁，而且由于大型变压器磁阻较小，尤其是三相五柱式变压器，直流电阻试验所加电流时间较长，剩磁较多，将对变压器产生不利影响[2]。某电厂2号机组小修后，机组启励时，主变差动保护动作、发变组差动保护动作。经分析认为小修时对变压器直流电阻试验，产生较大剩磁，在快速升压充电时，受剩磁影响，变压器铁芯饱和，产生数值较大、时间较长的励磁涌流，导致差动保护二次谐波制动闭锁失效，差动保护出口。

1 实例介绍

2010年5月31日00 时12分31秒，某电厂2号机小修后启机，启励过程中，2号机第一套主变差动保护、第二套差动保护动作，2号机灭磁并联跳汽机。

1.1 变压器差动保护装置跳闸信息

表1为两套差动保护动作后的保护装置动作报文。从报文中可以看出，两套保护装置三相差流都超过启动值0.25I/In，开始阶段差动保护二次谐波制动发生作用，制动保护，但在B相二次谐波返回后，差流仍大于启动值，差动动作出口。

表1 保护装置动作报文

1.2 故障录波器波形

图1为差动保护动作时故障录波器的录波图。从波形可以看出，出现了明显的波形间断角，且电流呈衰减状，但衰减时间较长。

图1 阳城电厂一期工程2号机组故障录波器故障波形图

1.3 一次设备检查情况

差动保护动作后，立即检查发变组一次设备，结果均正常。同时，针对主变直流电阻试验、直流泄漏试验，查看了本次小修后预防性试验项目报告。

1.4 综合分析

结合一次检查情况、故障录波图、保护装置报文分析，主变直流电阻试验产生剩磁，机组启励时（自并励机组快速启励）产生励磁涌流，在剩磁叠加影响下，励磁涌流数值加大、时间变长，造成主变差动保护二次谐波闭锁不成功，差动保护出口。

机组启励对主变磁路有交变影响，可以减弱或消除剩磁，判断上次启励过程减弱或消除了剩磁，决定再次启动机组。随后机组正常启励并网，保护无异常。

2 实例中主变剩磁产生的原因

电力变压器进行直流试验后会产生剩磁，剩磁大小取决于变压器绕组通过的直流电流强度和时间。剩磁是铁磁材料的磁滞损耗表现，磁滞损耗是铁磁材料将电能吸收后转化为磁能的结果，在交流回路中表现为铁损的一部分（与涡流损耗共同组成变压器的铁损），也就是说，磁滞损耗是能量转换的结果[3]。在进行直流电阻测试时，选取的电流档越高、充电时间越长，在变压器铁芯上剩磁量就越大，反之相反。

实例中主变小修进行直流电阻测试，试验仪器是LZ-C变压器直流电阻测试仪，变压器高压侧为星形接法，加20 A的电流，测试时间约3min左右，低压侧为三角形接法，加50A的电流，测试时间30min左右，其他试验项目电流很小，可以忽略不计。剩磁主要来源于直流电阻的测试。

3 变压器激磁时剩磁对差动保护的影响

变压器稳态运行时，励磁电流只有额定电流的2%～5%。当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，可能出现很大的励磁电流即励磁涌流。这是由于变压器铁芯饱和及剩磁的存在引起的，具体分析如下（见图2）。

当二次侧开路而一次侧接入电源时，一次电路的方程为

式中：U1——次电压；

Um——次电压的峰值；

α ——合闸瞬间的电压初相角;

R1——变压器一次绕组的电阻;

N1——变压器一次绕组的匝数;

Φ ——变压器一次侧磁通。

由于i1R1相对比较小，在分析瞬态过程初始阶段可以忽略不计，所以空载合闸磁通为

由（2）式可得空载合闸磁通的大小与电压的初相角α有关，考虑最不利情况，当α=90°时，电压过零。

电压过零点时变压器主磁通的变化磁通有两个分量，周期分量Φmcos wt与非周期分量Φm，此时磁通的最大值为稳态时磁通的2倍。变压器正常情况下是工作在铁芯磁化曲线的膝点附近，此时铁芯已接近或略微饱和。当磁通达到2倍Φm以上时，铁芯就高度饱和了，此时变压器的励磁电流大幅度增加，可达额定电流的6～8倍。由于励磁电流只在变压器的一侧出现所以在差动继电器中会产生很大的不平衡电流，此后由于R1的存在，非周期分量衰减，Φ值将减小。如果变压器存在剩磁，影响将更大。

综上所述，励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压、铁芯的剩磁大小、方向、回路阻抗、变压器的容量和铁芯的性质有关。

产生励磁涌流的根源是在变压器任一侧绕组感受到外施电压骤增时，基于磁链守恒定理，该绕组在磁路中将产生单极性的偏磁，如偏磁极性恰好和变压器原来的剩磁极性相同时，就可能因偏磁与剩磁和稳态磁通叠加而导致磁路迅速饱和，从而大幅度降低变压器绕组的励磁电抗，进而诱发数值可观的励磁涌流。励磁涌流不仅峰值大，且含有较多的谐波及直流分量，会引发变压器差动保护误动，最终造成变压器投运失败。

4 减少剩磁影响的措施

4.1 减小直流电阻试验电流值及试验时间

在变压器试验时应尽量降低加载的电流值，可考虑使用助磁法进行测量，把高、低压绕组串联起来，通电流测量，由于高压绕组的匝数远比低压绕组匝数多，借助于高压绕组的励磁安匝数，用较小的电流就可使铁芯饱和，从而使绕组电感大为减小，以缩短测试时间，而达到快速测试的目的，从而尽量减小铁芯中的剩磁。

4.2 控制电压合闸相位角

由铁芯剩磁引起的励磁涌流是可以抑制乃至消除的。由于偏磁的极性及数值是可以通过选择外施电压合闸相位角进行控制的，因此，如果能掌握变压器上次断电时磁路中的剩磁极性，就完全可以通过控制变压器空投时的电源电压相位角，实现让偏磁与剩磁极性相反，从而消除产生励磁涌流的根源——磁路饱和，实现对励磁涌流的抑制[4]。

通过控制变压器空投电源时的电压合闸相位角，使其不产生偏磁，从而避免空投电源时磁路出现饱和。捕捉不产生偏磁的电源电压合闸角只有两个，即正弦电压的两个峰值点（90°或270°），如果偏离了这两点，偏磁就会出现，如果动作时间漂移1mm，合闸相位角就将产生18°的误差。此外，由于三相电压的峰值并不是同时到来，而是相互相差120°，为了完全消除三相励磁涌流，可以分相控制断路器合闸时间，来减小励磁涌流。目前220 kV及以上电压等级的断路器跳合闸时间已经比较精确、稳定。

4.3 差动保护设置二次谐波交叉制动功能

设置二次谐波交叉制动功能，即二次谐波不仅对本相起制动作用，对其他相也起制动作用，只要有一相检测出涌流，三相都闭锁。制动作用时间通过保护装置定值设置来实现。对于三相五柱式变压器而言，由于其各相之间除了与电之间的联系外，磁路相互联系，一相检测出励磁涌流后，应当闭锁其它相。如此，只要保护装置检测出一相电流二次谐波分量达到闭锁数值，闭锁各相差动保护。

5 结论

大型变压器在直流电阻试验后，由于剩磁的影响，当发变组进行零起升压或变压器空载合闸时，可能会造成差动保护误动作。理论上可以通过控制电压合闸相位角来减少励磁涌流，但在实际应用中需进一步探讨验证。在进行变压器试验时，应尽可能减少剩磁的积聚。差动保护设置上可利用二次谐波交叉闭锁功能来减少类似情况的发生。

［1］ 中华人民共和国电力工业部.DL/T 596电力设备预防性试验规程［S］.中国电力出版社，2006：13.

［2］ 刘曦.浅析变压器励磁涌流引起的差动保护误动［J］.浙江电力，2009（3）：43.

［3］ 周建平，罗建.变压器铁芯剩磁的一种估算方法［J］.热力发电，2010，39（3）：63.

［4］ 李伟，黄金，方春恩，等.基于相控开关技术的空载变压器励磁涌流抑制研究［J］.高压电器，2010，46（5）：11-13.

The Remanence Influence of Transformer DC Resistance Test and Its Countermeasures

KOU Hai-rong，WANG Xin-zhong，SHIM ing-biao
（Yangcheng International Power Generation Co.，Ltd，Jincheng，Shanxi 048100，China）

In the DC resistance test of large transformer，remanence will be generated in the core of transformer.When the generator-transformer unit raises voltage from zero or experience no-load switch-on，the differential protection may causemalfunction.Based on the reasons and phenomena about remanence generating，this article puts forward three ways to reduce the remanence and prevent differential protection malfunctioning,including reducing the current and testing time during the DC resistance test，controlling phase anglesofvoltage closing，and setting the second harmonic blocking differentialprotection.

transformer；DC resistance；remanence；inrush current；differentialprotection

TM401

A

1671-0320-（2011）03-0024-04

2011-01-20，

2011-03-16

寇海荣（1977-），男，山西应县人，1999年毕业于太原电专发电厂及电力系统专业，工程师，从事发电厂电气工作；

王新中（1977-），男，山西山阴人，1999年毕业于中南工业大学工业电气自动化专业，工程师，从事发电厂继电保护工作；

史明彪（1976-），男，山西交城人，1999年毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业，工程师，从事发电厂高压预试工作。