500kV变压器过励磁保护探讨

陈旭　饶勇　殷光武　袁功献

摘要：在500kV变压器使用的过程中，过励磁现象的存在会对设备产生破坏，影响系统的安全、稳定运行，同时会降低设备的使用寿命。文章针对500kV变压器的过励磁保护以及相关的内容进行了分析。

关键词：500kV变压器；过励磁现象；过励磁保护；电力系统；电力建设 文献标识码：A

中图分类号：TM772 文章编号：1009-2374（2015）17-0136-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.17.069

过励磁保护主要是为了对变压器的过励磁情况进行保护，以防过励磁超出限制，影响变压器的运行以及使用年限。本文针对500kV变压器的过励磁保护等相关的内容分析研究。

1 500kV变压器产生过励磁现象的原因

在电网、电力系统发展的过程中，500kV变压器被广泛使用，但是在使用的过程中会产生一些过励磁，过励磁的产生会影响设备的稳定运行，减少设备的使用寿命。500kV变压器在设计过程中，有一个磁通密度值，初设计中该磁通密度值一般为1.6～17T，但是在制造的过程中，磁通密度值要>1.9T，进而将变压器额定电压、频率造成的偏差避免。过励磁现象还是会发生，针对产生过励磁现象的原因进行分析，主要为：（1）开关连接或者调整不适。在对500kV变压器进行检修时，退出运行后，变压器的分接开关要调整到最小的位置，但是在完成变压器的检修之后，忘记调整分接开关而进行合闸，造成电路中的实际电压大于最小分接电压，造成过励磁的产生；（2）空载到负载的合闸瞬间产生。主要是因为变压器的铁芯中存在一定的剩余磁通，在外加电压过零合闸时，过励磁将增加，而不利于合闸；（3）实际频率低于额定频率。变压器的额定电压的频率低于额定频率，同时电感性负载的电压不变，此时将会增加变压器铁芯中的磁通，而诱发过励磁的产生；（4）铁芯结构因素。铁芯的材质一般为冷轧硅钢片，接缝分两处错开，形成一定的搭接距离。搭接面增加，但是厚度减少，造成实际截面减少，使得铁芯接缝处产生过励磁。

2 500kV变压器的过励磁能力以及对其产生的影响

按照式（1）进行过励磁能力的测试，n增大，空载电流与损耗之间的关系为非线性陡增。对变压器自身的损耗进行分析，其损耗主要在金属构件的表面、铁芯等部位，并在运行中产生局部过热。在过励磁倍数相同的情况下，变压器的额定磁密、饱和磁密等参数，影响变压器的过励磁持续的时间，如果额定磁密与饱和磁密越近，饱和磁密曲线的斜率就会下降越明显，也因此使得变压器过励磁产生的持续时间缩短。

因此500kV变压器的生产制造，可以提供两条过励磁曲线：一种是空载下的；一种是满载下的。变压器的电压公式为：U=E-IZ；所以根据电压公式，得出IZ的作用下变压器的负载运行时的电压会下降，进而使得过励磁持续时间缩短。在实际生产500kV变压器的过程中，要按照变压器满载情况下的过励磁曲线进行相关的配合制造。

过励磁的产生将会增加变压器空载电流的高次数谐波、使得变压器在运行中的噪音增加、涌流超过空载电流，并产生较大的机械力、对变压器的构件产生损耗、增加空载损耗等。在变压器的实际电压大于额定电压10%以上后，变压器的铁芯处于饱和状态，过励磁增加，铁芯温度升高，杂散磁通增强，使得绕组以及其他的金属部件产生损耗，造成设备的过热、绝缘老化，影响着设备的使用寿命，严重时会烧毁变压器。

3 500kV变压器的过励磁保护

在变压器运行过程中，系统电压的升高、频率的降低也会影响变压器过励磁的产生，所以过励磁保护非常重要。在实际运行工作中，只有变压器的继电器反时限特性曲线，在过励磁可允许范围内曲线的下方，才可以充分地发挥继电器的变压器过励磁保护作用。

如果反时限特性曲线与过励磁曲线相交，则说明变压器的继电器与之配合度较差，也就是说过励磁值<相交值，此时的继电器的运行时间>变压器的运行时间，使得继电器还未开始继电器动作，变压器就已经出现了损坏。在500kV变压器工作时，磁密、U/f成为正相关的关系，继电器的电压一次线圈转变为母线电压互感器二次的位置，将反应加到变压器的电压、频率上，进行过励磁保护。

从式（3）中，可以得到K值与T2成正比例关系，K为整定时间的倍数。当K值不同时，将会呈现出一簇曲线（图2），所以针对实际运行中确定的变压器，可以适当的选择K值、M值。改变K值、M值，使反时限动作发生时间与变压器的过励磁持续时间有效的结合，完成对变压器过励磁的保护，降低对变压器以及相关设备的损耗和破坏。

在此基础上，对变压器进行过励磁保护，可以从两个方面进行：第一个为反时限过励磁保护；第二个为定时限过励磁保护。从图1中的数据可以得出，过励磁比≤1.1时，变压器过励磁的产生将非常小，或者说变压器的稳定工作时间较长，所以可以将变压器的继电器的启动值设置为1.1，在过电压达到1.1倍时，继电器开始对变压器进行过励磁保护。当N=500kV/100V时，U/f的二次启动值为510/500×110V/50Hz=2.24（V/Hz）。当K为最大值10时，还会有充足的时间完成变压器的过励磁保护操作，有很大的余度，所以在变压器运行中，过励磁曲线较低时，K值可以适当选得小一些。当继电器的特性曲线与变压器过励磁曲线相交时，变压器的过励磁保护主要是依靠反时限过励磁保护。因此在实际工作中，需要根据变压器的工作环境、工作需求、工作强度等因素设置过励磁保护装置，安装定时限过励磁保护弥补反时限过励磁保护缺陷。

4 结语

随着电力系统、电网等的发展，500kV变压器成为电力建设中常用的主要设备，在500kV变压器使用的过程中，会在各种因素的影响下产生过励磁现象。过励磁的产生将影响变压器的稳定运行，会造成设备的损耗、变压器烧毁等，为了有效地对变压器进行保护，需要按照变压器过励磁保护装置，对过励磁进行检测，防止其超过允许限额，对变压器以及相关设备造成影响。

参考文献

[1] 任广福.浅析变压器过励磁故障的原因及预防[J].江西煤炭科技，2011，（2）.

[2] 杨红.500kV变压器的过励磁及其保护特点[J].中国电力教育，2011，（9）.

作者简介：陈旭（1987-），女，湖北汉川人，供职于广东惠州平海发电厂有限公司设备部，研究方向：继电保护和自动装置。

（责任编辑：蒋建华）