涌流抑制装置在燃机主变节能中的应用

摘  要：为了解决燃机切换厂用电时变压器空充电流过大的问题，通过分析原因是受到主变励磁涌流的影响。抑制主变励磁涌流，就可以解决。通过从实用性、经济性对比分析抑制励磁涌流的两种方法：变压器预充电和使用涌流抑制器。结果发现使用涌流抑制器不用在一次侧回路中增加任何设备，仅在二次侧进行异动，可靠性安全性较高。

关键词：调峰机组;节能;涌流抑制

引言

某发电厂拥有2台390MW燃机发电机组，且均常作为调峰机组。其中一号主变负载损耗868.8kW;高厂变负载损耗96.5kW;启动变负载损耗107.6kW。由于燃机机组发电机采用发电机开关并网，发电机解列后正常由主变、高厂变带厂用电方式，采取节能措施即在发电机解列后，将厂用电供电方式由主变供电切至启动变供电，来满足节能要求。

因此，厂用电切换操作频繁，在实际实施过程中，其厂用电由启动变切换至主变供电方式时，由于主变空充涌流过大，多次发生相邻机组有功、无功出现大幅波动，220kV系统电压也出现较大波动，对电网系统及相邻机组安全运行构成威胁。

同时过大的涌流冲击也造成变压器寿命的损伤，对电气设备也造成安全隐患。励磁涌流主要是变压器铁芯饱和状态所引起的。过大的励磁涌流对系统瞬间电压造成波动，励磁涌流值可达正常空载电流的50～80倍，可达额定电流的5～8倍。过大励磁涌流也可能导致主变差动保护误动，影响主变投入的正常操作。通过现场技术改造，在我厂燃机主变在分合闸回路中加入SID-3YL 微机涌流抑制器，彻底解决目前燃机主变空充时发生的异常情况。

1 变压器励磁涌流的产生原理

探究变压器励磁涌流的成理，由磁链守恒定律可知，电气设备的回路中，瞬时磁链的总和在换路时是不变的。所以，变压器励磁涌流的形成，也是遵守磁链守恒定理的。变压器一次侧与二次侧的绕组从空载状态至电压急剧增加过程中，会有新的磁通形成，同时，为了抵消新磁通，该侧绕组也会产生反极性、同等量的偏磁。在此过程中，会引起变压器铁芯达到饱和，从而引起变压器励磁涌流骤增。

2 励磁涌流的抑制方法

2.1 变压器预充电

变压器预充电能取得较好的效果，根据燃机发变组一次接线方式，在启动变低压侧安装预充电装置也是可行的，但由于变压器预充电必须增加相关辅助设备及控制设备，并且主变设备容量较大且电压较高可能对设备安全运行造成影響，故该方案不予采纳。

2.2 使用涌流抑制器

涌流抑制器是针对不同磁路结构、不同接线方式、不同断路器控制方式的变压器设计出来的一套涌流抑制装置，能计算出剩磁（变压器断电后的磁路中所剩余的磁通）的极性参数，便于变压器上电时产生一个与剩磁极性相反的偏磁，两者之间相互进行抵消，使其磁路不能饱和从而防止涌流的发生。

磁通互克原理特点是支持三相联动开关，对开关合闸时间的稳定性没有十分严格要求。微机涌流抑制器采用偏磁与剩磁互克原理，具体步骤如下：

1、测量剩磁φ剩：通过控制断路器分闸，测量和记录变压器退出时的剩磁极性;

2、制造偏磁φ偏：需要根据剩磁极性，在合闸时控制断路器合闸角度，制造相反偏磁;

3、对冲总磁通φ总，φ总=φ剩+φ偏。铁芯磁通小于饱和磁通以抑制变压器励磁涌流。

磁通互克原理的方法只需要剩磁与所制造的偏磁极性相反即可，并不做等量来抵消总磁通的必要。控制断路器合闸角对分闸角偏差在±60°范围内漂移时就能很好实现对变压器励磁涌流的良好抑制，对断路器合闸时间的变化有良好的兼容性，能较好满足生产实际的应用。

使用涌流抑制器，不在一次侧回路中增加任何设备，仅在二次侧进行异动，可靠性安全性较高，故在本次防主变涌流设计中被采用。

3 燃机主变涌流抑制器应用

本次采用的深圳市智能设备开发有限公司开发的SID-3YL 微机涌流抑制器，该装置在很多电厂及变电站得到广泛应用，使用后大型变压器空充投入运行时涌流问题得到根本解决。

3.1 微机涌流抑制器接入：

变压器正常空载投切时，DCS监控系统向保护测控装置发出分、合闸命令。保护测控装置收到分、合闸指令后，向断路器发出分、合闸脉冲。增设微机涌流抑制器相当于在保护测控装置与断路器之间并联一台微机涌流抑制器。如图1和图2所示：

另外，保护跳闸出口不经过微机涌流抑制器，涌流抑制装置配置了“经选相/不经选相”转换开关，一旦装置发生故障也可将转换开关置于“不经选相”的位置，此时，断路器控制回路与原回路完全一致，避免了因装置故障后导致不能合分闸操作的情况发生。

微机涌流抑制器的安装简单，将微机涌流抑制器串入原主变断路器分闸、合闸回来即可。装置使用110V直流电源，同时分别接入主变高压侧电流、母线电压及低压侧电压。

SID-3YL 型涌流抑制器装置接入电源侧参考电压（取高压侧母线PT）作为相角控制基准，接入受控侧的回采模拟量作为合闸完成判定基准，当断路器分位时回采量为零，电气合闸瞬时回采量突变，从而通过回采模拟量的突变点来确定合闸点（分闸过程类似）。装置接入开入量作为控制系统的启动合/分闸命令，进而受控输出合闸令和分闸令分别接至断路器合、分闸操作回路。

装置接入回路电流，用于装置动作录波，分析变压器投入时的涌流抑制效果。如下图3、图4所示：

4 涌流抑制器安装后取得的实效

在安装完成涌流抑制器后，通过技术调试，由图5可以看到，不经涌流抑制器第一次合合闸的主变涌流还是非常大，而经涌流抑制器投入主变的三条涌流取得非常好的效果，特别是第三、第四次合闸经合闸时间、角度优化后，处于最佳效果状态。主变涌流器安装至今，主变空充涌流得到大大下降，取得了良好的效果。

5  结论

鉴于我厂燃机主变多次发生空充主变时造成相邻机组有无功大幅波动，发生多次主变差动保护动作情况，通过技术改造在我厂燃机主变在分合闸回路中加入SID-3YL 微机涌流抑制器，整个改造工程比较简单，投入不大，但收效良好，彻底解决目前燃机主变空充时发生的异常情况。

作者简介：

顾燕奇，1989年4月，男，汉，江苏苏州，工程师、技师，硕士研究生，研究方向：电力生产自动化，从事电厂运行工作。