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摘要：变压器在空载投运过程中出现剩余绕组过流跳闸，通过分析跳闸时的波形，提出了出现该跳闸现象的原因，根据该原因总结了目前抑制变压器励磁涌流的几种方法。

关键词：变压器 空载投运 跳闸 励磁涌流 抑制

引言

某海水淡化项目，在GIS升压站工程竣工验收合格后，完成了全部的电气设备的试验、调试工作。按照计划对3号主变（容量90MVA，绕组接线组别YNyn0yno（d））进行送电工作，在第一次冲击合闸过程中，132kV断路器在合闸后跳闸，导致冲击送电失败，随即退出主变，对跳闸原因进行查找分析。

1.跳闸原因分析

经从保护装置、故障录波装置调取的记录看，跳闸原因是变压器的三角形绕组的零序过流导致的跳闸，跳闸是动作电流二次值8.83A，CT变比200/1，换算到一次值就是1766A，远远大于整定值（整定值：200A）。且电流的波形来看，在合闸瞬间，主变高压侧的相电压呈现典型的尖顶波，且电流畸变非常严重。图中所示零序电流即为平衡绕组处的零序电流，该波形表现为含有较大成分的非周期性分量，以二次谐波和三次谐波分量为主。且该电流随时间呈现逐渐衰减，但是由于衰减的较慢，在时间到达整定值的3S后，平衡绕组的过流保护动作变压器跳闸。在跳闸时，该零序电流大约还有395A。

考虑到变压器差动保护，非电量保护，以及对进出线汇流进行检查，未发现异常。初步判断，该跳闸并不是变压器故障导致的，本次跳闸的原因经过最终判断主要是励磁和零序过流导致的保护动作发生。

结合变压器平衡绕组的作用来进行此次合闸瞬间励磁涌流较大的原因，一般来说，变压器的平衡绕组主要是用来（1）提供高次谐波通道，改善感应电动势波形;（2）提高变压器带不平衡负载的能力，以稳定电压中性点;（3）改善变压器的零序阻抗。

此次跳闸的原因正是在主变高压侧合闸励磁时，由于变压器的铁芯磁路的磁饱和特性，导致高压侧正弦波电压在变压器的铁芯上产生的主磁通为一平顶波，感应电动势含有一定量的三次谐波。由于平衡绕组是三角形连接的，三次谐波的相电动势在该三角形绕组的闭合回路里流通。在变压器空载合闸瞬间，合闸时的磁通的变化规律与电压的相位角也是有关系的，在极端的情况下，当变压器合闸时，电网电压刚好过零位，即U=0，φ=0°时，磁通除了有稳态分量，还有暂态分量，且此时暂态分量起始值最大。在最不利的情况下，励磁电流可达到正常值稳态励磁值电流的数十倍，达到额定电流的6～8倍。在三相变压器中，由于三相电压彼此相差120°，因此合闸时总有一相电压的初相角接近于零，故总有一相的合闸电流较大，从上图也可以看出，本次合闸时C相的励磁涌流远大于A、B两相。

且由于变压器高压侧绕组的电阻R的存在，合闸时产生的励磁涌流i0衰减的快慢将是由于变压器原边绕组的全自感L和绕组电阻共同决定，按时间常数T=L/R衰减，小型变压器几个周波后即可达到稳定状态，大型变压器衰减较慢，有的甚至延续至20秒。

2.跳闸规避措施

在跳闸原因分析过程中发现，好多现场都有出现过类似的情况发生，特别是在检修完，或者首次对变压器充电等时，经常出现由于合闸瞬间的大电流及持续时间引起的过流保护、差动保护等工作，造成送电时间延长，影响的设备的正常投运，因此有必要采取相应的措施来规避该问题的发生。

（1）临时调整保护定值避开励磁涌流，变压器受电成功后修改为正常运行的定值。采用该方法时，首先得确认跳闸的原因就是励磁涌流导致的，而不是变压器本身故障或者出线电缆等故障导致的。对相应的设备及元器件判定正常后方可考虑是否是变压器合闸励磁涌流导致，在现场可临时上调送电时的定值。例如，本次的跳闸得到变压器厂家及现场调试人员的确认后，把原有的200A的零序保护定值调大到800A，可躲过合闸时的励磁涌流，在送电成功后将保护定值调整为原给定的定值。在现场也可以通过增加过流保护的跳闸延时时间，根据变压器合闸时励磁涌流的时间常数衰减特点，可以根据现场实际上调跳闸时间。

（2）在主变高压侧串合闸电阻来加速励磁涌流的衰减。在空载合闸时在变压器一次侧串联一个合闸电阻，降低时间常数，以使合闸电流加速衰减，合闸完成后，将该电阻切除。

（3）变压器低压侧并联电容。在变压器低压侧并联一定的电容，变压器低压侧产生的磁通与高压侧产生的磁通极性相反，对主磁通有去磁作用，从而达到抑制励磁涌流的目的。但是该方法由于电容值的选择比较困难，且电容值选定后无法动态调节，无法可靠达到去磁作用，不推荐使用。

（4）变压器中性点串接电阻。在变压器中性点串入一电阻，在断路器合闸时三相延时合闸空载变压器。虽然该方法比较简单，但是断路器一般都是三相联动的，即使是分相断路器，也是带有非全相保护，不允许分相操作，因此现场也不推荐该方法。

（5）零起升压法。有条件的现场，可以用通过调整一次侧电压，尽可能的减小合闸时的电压，逐渐从0慢慢的把变压器的电压升至额定值。

（6）预充磁绕组法。该方法是给变压器增加充磁绕组，改变变压器的磁通，让变压器合闸时的工作点处于励磁特性曲线的膝点以下。具体实施时利用充磁绕组改变变压器的剩磁，以减弱合成磁通。但是该方法使用局限性大，需要和其他方法配合使用。

（7）装设励磁涌流抑制器。该方法时目前最受欢迎的，当变压器首次合闸时，由于变压器的剩磁位置，主要是靠设定的断路器的分合闸时间，根据采样的电网电压配合断路器的合闸时间，提前给出合闸指令，利用在电网电压过90°或者270°时断路器合闸，在电压峰值，磁通为0时合闸将有效的避免涌流的产生。在第一次分闸和第二次合闸时，由于变压器内部有剩磁，可以根据分闸时记录到的分闸相位判断变压器的剩磁，下次合闸时依据电压积分算得在预期的磁通等于剩磁通的瞬间合闸，也将有效的避免涌流的产生。

3.结论

大型变压器在空载投运的过程中，受到励磁涌流的影响，容易出现投运不成功的情况，此时变压器本身没有故障，在对电流进行分析以及变压器空载投运过程中的磁场进线分析之后，发现励磁涌流点影响容易导致变压器空载合闸时出现无故障跳闸。采取有效的针对性措施来解决该合闸涌流。对于维护变压器的投运稳定性，具有很好的促进作用。

参考文献

[1]董景义，段玉柱，张贤国，马立明.平衡绕组在变压器中的作用及接线方式浅述[J].2009，v.46;No.47012：20-23.

[2]电机学.王正茂等编著.西安：西安交通大学出版社，2000.9 82-83.