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摘要：某600MW机组C级检修后起励升压过程中，由于变压器励磁涌流的存在导致高厂变保护动作跳闸，针对此次事故就继电保护动作情况及引起保护动作的原因进行分析，并为以后避免此类异常发生提出了防范措施和整改意见。关键词：差动保护;励磁涌流;原因分析
中图分类号：TM77
文献标识码：A
文章编号：2095-6487（2019）01-0041-04
0引言
继电保护是电力系统的重要组成部分，保护正确动作是保证机组及电网安全稳定运行的重要技术手段。差动保护是用来切除变压器绕组、套管及引出线上的故障的主保护。当变压器发生正常励磁涌流时变压器差动保护应有躲过励磁涌流的功能。但当变压器由于某种原因导致铁芯内剩磁过大引起快速起励升压时励磁电流增大（但不超过额定电流），衰减时间延长，已不属于正常的励磁涌流。超过励磁涌流检测时间，此时若满足差动定值，无论二次谐波分量是否满足闭锁定值，保护均会动作跳闸。[1]下面就某厂起机时发生的保护动作事件进行分析阐述。
1事故经过
1号机组正常运行，有功负荷600MW，无功负荷90MVar，2号机出口500kV开关5022、5023在分闸位置，2号机定速3000r/min，灭磁开关合位，在某年某月某日10时39分，运行人员在DCS画面点起励按钮进行发电机自动升压。5s后发变组保护A、B柜保护动作光字牌声光报警，灭磁开关跳闸，汽轮机跳闸。检修人员迅速到6.9m保护继电器室进行检查，发现2号机高厂变双套差动保护C相动作信号灯亮，发变组故障录波器起动，记录A、B柜厂变差动保护动作。（见表1、表2、表3）
2原因分析2.1发变组保护动作分析
查看发变组保护事件记录，自起励至发变组保护跳闸时间，刚过5S，跳闸时高厂变差动保护C相差动电流为0.3IN（折算至一次值为495.75A，达到保护定值），二次谐波分量为54.3%。根据变压器保护逻辑，上电时如果电流二次谐波分量大于15%，判断为励磁涌流，闭锁差动保护5s，5s后开放保护出口。同时发现文件中有发变组差动保护，主变差动保护，高厂变差动保护数次励磁涌流检测记录。[2]当起励建压后，大约在6s左右，高厂变首先达到差动保护定值，尽管二次谐波大于制动定值，这时保护装置励磁涌流检测制动功能已退出（Inrushtime定义为变压器上电或外部故障切除后恢复电压时，励磁涌流检测功能起作用的时间，整定值为5s），保护不再受二次谐波制动，瞬时动作跳闸，保护动作。[3]
二次谐波制动原理：利用差动电流中的二次谐波分量电流作为制动量，区分差流是内部短路故障的短路电流还是励磁涌流，实现励磁涌流闭锁。二次谐波制动比来衡量二次谐波电流的制动能力。[4]二次谐波制动比用二次谐波与基波分量的比值来表示，用于检测励磁涌流。一般整定为15%，当检测到励磁涌流中的二次谐波比大于15%时将保护制动，此功能仅激活5s，5s后保护开放。因正常的励磁涌流往往出现在合闸瞬间，且这种冲击电流存在的时间很短，保护闭锁5s已足够躲过励磁涌流。[5]
该厂高厂变保护根据反措要求进行双重化配置，采用双套瑞士ABB生产的RET316*4型保护装置，分别设置在发变组A、B柜中，两套保护的交流电流、电压回路，直流电源彼此独立，分别取自不同的互感器及取自不同蓄电池组供电的直流母线段，且没有任何电气联系。基本可以排除保护装置异常的可能性。
故障录波器记录故障时高厂变高压侧A、B、C相电流分别为0.132A（一次值330A）、0.105A（一次值262.5A）、0.195A（一次值487.5A），而低压侧无电流，由此验证高厂变高低压侧的差动电流为496A，与发变组保护记录数据相吻合，保护属正确动作。2.2保护动作时发电机电流去向分析
保护动作时，发变组检测到发电机电流值最大达到7121A，励磁变高压侧电流为130A，高厂变高侧电流为496A，由于主变低压侧电流及脱硫变高压侧电流没有引入故障录波器，可根据计算算出发电机流向主变及脱硫变的电流之和为6494A（=7121-130-496）。主变差动保护动作定值0.3IN，折算至一次值为6495A（=0.3×0.5×25000×1.732），脱硫变差动保护动作定值0.3IN，折算至一次值为126A（=0.3×0.7×600），可计算出6495+126=6621A>6494A，主变差动与脱硫变差动保护均未达到保护动作值。
2.3励磁涌流产生的原因
正常起励升压，各变压器铁芯建立稳态磁通，变压器二次绕组空载，一次绕组中只流过很小的励磁电流。当发电机起励升压，一侧绕组受到外加电压剧增时，基于磁链守恒定律，该绕组在磁路中产生单极性偏磁，若偏磁极性恰好与原来剩磁极性相同，同时变压器铁芯中已经存在很大剩磁时，就可能因偏磁与剩磁和稳态磁通叠加，导致铁芯磁路极度饱和，从而大幅度降低变压器励磁电抗，引起励磁涌流。[6]励磁电流与磁通关系由磁化特性来决定，励磁涌流的大小与铁芯材料、合闸瞬间铁芯剩磁，附加电压的幅值和相位有关。[7]
起励建压开始到保护跳闸期间，录波图中分析出发电机机端电压、电流，主变高侧电压，高厂变高侧电流、励磁变高侧电流均有很大成分的二次谐波，且只存在于变压器的一侧，在同一时刻三相涌流之和近似于0，符合励磁涌流的特征。如图1所示，由高厂变高压侧电流波形可看出，三相电流均偏于时间轴的一侧，存在很大的间断角，且符合大于60o间断角的涌流特点。
2.4本次起机异常状态分析
与发电机连接的其它变压器的绕组中为何也会出现电流呢？由于该厂发电机出口为单元接线方式，主变、高厂变、励磁变、脱硫变均为封闭母线直接连接，当一台变压器发生励磁涌流，一段时间后引起电流剧增的变压器通过磁链的的相互耦合，会使封闭公共母线上的电压产生非周期的波动，从而使与之并列連接的变压器产生和应涌流，导致发电机发出7000多安培的电流，流向各变压器有源侧的绕组内。而和应涌流特点是随时间逐步增大随后又不断衰减的，持续时间长，波形特征不是很明显，远远不如励磁涌流幅值大，增长速度快。因此从主变、脱硫变检测出的电流可以看出，不等和应涌流电流增大到保护动作值，剩磁严重的变压器差动保护就已首先动作了。 发电机正常软起励升压时的励磁电流为1500A左右，而此次故障时励磁电流最大达到2670A，励磁调节器通过调整发电机励磁电流来调整发电机机端电压。由于故障电流的存在，导致机端电压建立不起来，引起励磁电流输出增大。[8]
另外，在正常情况下，空载变压器的励磁涌流曲线具有明显的波头特征，然后逐渐衰减，而本次涌流的波形与变压器正常涌流波形有明显不同。变压器带电并不是系统全电压冲击，而是由发电机带变压器自动升压产生的类似励磁涌流的涌流，且电流并没有达到6～8倍的额定电流，该电流持续时间已远远大于励磁涌流的持续时间。此次异常情况有待研究。
检查一次及二次回路无异常后，进行零起升压试验，手动缓慢升压，并等待几分钟，直至升到机端额定电压，再反方向将电压缓慢降至。此过程已将变压器铁芯内剩余的磁通完全消除掉。因此，再次将AVR改为自动升压时，7s后发电机建压到额定值，所有设备运行正常。
2.5并网前出现较大定子电流原因
变压器检修期间曾经做过相应的电气一次直流耐压试验，若没有进行去磁或去磁不完全，致使变压器铁芯存在比较严重的剩磁，这种剩磁不会自动消失，剩磁和起机升压建立的发电机励磁进行叠加，导致铁芯励磁在磁场方向一致的半波饱和，另一半波不饱和，动态地改变等效电路电感参数，变压器工作磁密不断升高直到饱和，铁损急剧增加，漏磁增强也会在铁芯表面和其他磁性材料中引起涡流损耗，导致发电机定子电流增加。在此情况下，若没有保护动作，运行人员及时发现进行灭磁，不需处理，再次升压即可恢复正常。[9]
3采取防范措施
3.1修改励磁调节器自动升压时间
发电机励磁调节器自动升压时间最长可设置为60s，该厂软起励时间设为7s，根据机组容量适当放长该时间，可避免升压速度过快导致变压器铁芯中剩磁无法迅速消除。
3.2注意升压操作
发电机转速定速后，进行升压操作时，运行人员应注意：
（1）手动升压应缓慢进行，使定子电压缓慢上升。
（2）升压过程中，时刻监视转子电压、励磁电流和定子电压表指示是否均匀上升。定子电流应为零，若发现有电流，应立即切除励磁，进行检查定子回路是否有故障点。
3.3进行零起升压试验
建议每次机组检修后，进行零起升压试验，使变压器中的剩磁得以消除。
4结束语
利用二次諧波制动原理躲过变压器正常空载合闸或外部故障切除后电压恢复时出现的励磁涌流的成熟技术，已在实际工程中得到应用。但针对此类类似励磁涌流的情况，利用“躲避”策略并不是有效的方法。因此，需要我们在运行维护中将可能产生变压器剩磁的因素消除，避免事故的再次发生，为机组电网安全稳定运行创作良好的环境。
参考文献
[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护规定汇编[M].北京：中国电力出版社，2000.
[2]袁宇波，李鹏，黄浩声.变压器差动保护误动原因分析及对策综述[J].江苏电机工程，2013（6）：8-11，14.
[3]金恩淑，孙世勇，齐正，等.一种防止外部故障切除后变压器差动保护误动的新算法[J].电力系统保护与控制，2011（12）：27-30.
[4]张会文，张帅辉.一起500kV主变差动保护误动分析[J].电力系统保护与控制，2010（11）：137-139，146.
[5]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2010.
[6]褚晓锐.基于MATLAB的变压器恢复性涌流仿真研究[J].高压电器，2012（1）：53-57.
[7]武万才，边疆，吴志勇.变压器和应涌流产生机理及其特性分析[J].电力自动化设备，2011（6）：112-115.
[8]吴明波，梁振飞，李鹏.电子式互感器对电力系统的应用分析[J].中国电力教育，2011（12）：92-93.
[9]任保瑞，赵锋，刘小改，等.励磁涌流引起的变压器差动保护误动作分析及对策[J].电网与清洁能源，2010（10）：6-9，13.
中图分类号：TM77
文献标识码：A
文章编号：2095-6487（2019）01-0041-04
0引言
继电保护是电力系统的重要组成部分，保护正确动作是保证机组及电网安全稳定运行的重要技术手段。差动保护是用来切除变压器绕组、套管及引出线上的故障的主保护。当变压器发生正常励磁涌流时变压器差动保护应有躲过励磁涌流的功能。但当变压器由于某种原因导致铁芯内剩磁过大引起快速起励升压时励磁电流增大（但不超过额定电流），衰减时间延长，已不属于正常的励磁涌流。超过励磁涌流检测时间，此时若满足差动定值，无论二次谐波分量是否满足闭锁定值，保护均会动作跳闸。[1]下面就某厂起机时发生的保护动作事件进行分析阐述。
1事故经过
1号机组正常运行，有功负荷600MW，无功负荷90MVar，2号机出口500kV开关5022、5023在分闸位置，2号机定速3000r/min，灭磁开关合位，在某年某月某日10时39分，运行人员在DCS画面点起励按钮进行发电机自动升压。5s后发变组保护A、B柜保护动作光字牌声光报警，灭磁开关跳闸，汽轮机跳闸。检修人员迅速到6.9m保护继电器室进行检查，发现2号机高厂变双套差动保护C相动作信号灯亮，发变组故障录波器起动，记录A、B柜厂变差动保护动作。（见表1、表2、表3）
2原因分析2.1发变组保护动作分析
查看发变组保护事件记录，自起励至发变组保护跳闸时间，刚过5S，跳闸时高厂变差动保护C相差动电流为0.3IN（折算至一次值为495.75A，达到保护定值），二次谐波分量为54.3%。根据变压器保护逻辑，上电时如果电流二次谐波分量大于15%，判断为励磁涌流，闭锁差动保护5s，5s后开放保护出口。同时发现文件中有发变组差动保护，主变差动保护，高厂变差动保护数次励磁涌流检测记录。[2]当起励建压后，大约在6s左右，高厂变首先达到差动保护定值，尽管二次谐波大于制动定值，这时保护装置励磁涌流检测制动功能已退出（Inrushtime定义为变压器上电或外部故障切除后恢复电压时，励磁涌流检测功能起作用的时间，整定值为5s），保护不再受二次谐波制动，瞬时动作跳闸，保护动作。[3]
二次谐波制动原理：利用差动电流中的二次谐波分量电流作为制动量，区分差流是内部短路故障的短路电流还是励磁涌流，实现励磁涌流闭锁。二次谐波制动比来衡量二次谐波电流的制动能力。[4]二次谐波制动比用二次谐波与基波分量的比值来表示，用于检测励磁涌流。一般整定为15%，当检测到励磁涌流中的二次谐波比大于15%时将保护制动，此功能仅激活5s，5s后保护开放。因正常的励磁涌流往往出现在合闸瞬间，且这种冲击电流存在的时间很短，保护闭锁5s已足够躲过励磁涌流。[5]
该厂高厂变保护根据反措要求进行双重化配置，采用双套瑞士ABB生产的RET316*4型保护装置，分别设置在发变组A、B柜中，两套保护的交流电流、电压回路，直流电源彼此独立，分别取自不同的互感器及取自不同蓄电池组供电的直流母线段，且没有任何电气联系。基本可以排除保护装置异常的可能性。
故障录波器记录故障时高厂变高压侧A、B、C相电流分别为0.132A（一次值330A）、0.105A（一次值262.5A）、0.195A（一次值487.5A），而低压侧无电流，由此验证高厂变高低压侧的差动电流为496A，与发变组保护记录数据相吻合，保护属正确动作。2.2保护动作时发电机电流去向分析
保护动作时，发变组检测到发电机电流值最大达到7121A，励磁变高压侧电流为130A，高厂变高侧电流为496A，由于主变低压侧电流及脱硫变高压侧电流没有引入故障录波器，可根据计算算出发电机流向主变及脱硫变的电流之和为6494A（=7121-130-496）。主变差动保护动作定值0.3IN，折算至一次值为6495A（=0.3×0.5×25000×1.732），脱硫变差动保护动作定值0.3IN，折算至一次值为126A（=0.3×0.7×600），可计算出6495+126=6621A>6494A，主变差动与脱硫变差动保护均未达到保护动作值。
2.3励磁涌流产生的原因
正常起励升压，各变压器铁芯建立稳态磁通，变压器二次绕组空载，一次绕组中只流过很小的励磁电流。当发电机起励升压，一侧绕组受到外加电压剧增时，基于磁链守恒定律，该绕组在磁路中产生单极性偏磁，若偏磁极性恰好与原来剩磁极性相同，同时变压器铁芯中已经存在很大剩磁时，就可能因偏磁与剩磁和稳态磁通叠加，导致铁芯磁路极度饱和，从而大幅度降低变压器励磁电抗，引起励磁涌流。[6]励磁电流与磁通关系由磁化特性来决定，励磁涌流的大小与铁芯材料、合闸瞬间铁芯剩磁，附加电压的幅值和相位有关。[7]
起励建压开始到保护跳闸期间，录波图中分析出发电机机端电压、电流，主变高侧电压，高厂变高侧电流、励磁变高侧电流均有很大成分的二次谐波，且只存在于变压器的一侧，在同一时刻三相涌流之和近似于0，符合励磁涌流的特征。如图1所示，由高厂变高压侧电流波形可看出，三相电流均偏于时间轴的一侧，存在很大的间断角，且符合大于60o间断角的涌流特点。
2.4本次起机异常状态分析
与发电机连接的其它变压器的绕组中为何也会出现电流呢？由于该厂发电机出口为单元接线方式，主变、高厂变、励磁变、脱硫变均为封闭母线直接连接，当一台变压器发生励磁涌流，一段时间后引起电流剧增的变压器通过磁链的的相互耦合，会使封闭公共母线上的电压产生非周期的波动，从而使与之并列連接的变压器产生和应涌流，导致发电机发出7000多安培的电流，流向各变压器有源侧的绕组内。而和应涌流特点是随时间逐步增大随后又不断衰减的，持续时间长，波形特征不是很明显，远远不如励磁涌流幅值大，增长速度快。因此从主变、脱硫变检测出的电流可以看出，不等和应涌流电流增大到保护动作值，剩磁严重的变压器差动保护就已首先动作了。 发电机正常软起励升压时的励磁电流为1500A左右，而此次故障时励磁电流最大达到2670A，励磁调节器通过调整发电机励磁电流来调整发电机机端电压。由于故障电流的存在，导致机端电压建立不起来，引起励磁电流输出增大。[8]
另外，在正常情况下，空载变压器的励磁涌流曲线具有明显的波头特征，然后逐渐衰减，而本次涌流的波形与变压器正常涌流波形有明显不同。变压器带电并不是系统全电压冲击，而是由发电机带变压器自动升压产生的类似励磁涌流的涌流，且电流并没有达到6～8倍的额定电流，该电流持续时间已远远大于励磁涌流的持续时间。此次异常情况有待研究。
检查一次及二次回路无异常后，进行零起升压试验，手动缓慢升压，并等待几分钟，直至升到机端额定电压，再反方向将电压缓慢降至。此过程已将变压器铁芯内剩余的磁通完全消除掉。因此，再次将AVR改为自动升压时，7s后发电机建压到额定值，所有设备运行正常。
2.5并网前出现较大定子电流原因
变压器检修期间曾经做过相应的电气一次直流耐压试验，若没有进行去磁或去磁不完全，致使变压器铁芯存在比较严重的剩磁，这种剩磁不会自动消失，剩磁和起机升压建立的发电机励磁进行叠加，导致铁芯励磁在磁场方向一致的半波饱和，另一半波不饱和，动态地改变等效电路电感参数，变压器工作磁密不断升高直到饱和，铁损急剧增加，漏磁增强也会在铁芯表面和其他磁性材料中引起涡流损耗，导致发电机定子电流增加。在此情况下，若没有保护动作，运行人员及时发现进行灭磁，不需处理，再次升压即可恢复正常。[9]
3采取防范措施
3.1修改励磁调节器自动升压时间
发电机励磁调节器自动升压时间最长可设置为60s，该厂软起励时间设为7s，根据机组容量适当放长该时间，可避免升压速度过快导致变压器铁芯中剩磁无法迅速消除。
3.2注意升压操作
发电机转速定速后，进行升压操作时，运行人员应注意：
（1）手动升压应缓慢进行，使定子电压缓慢上升。
（2）升压过程中，时刻监视转子电压、励磁电流和定子电压表指示是否均匀上升。定子电流应为零，若发现有电流，应立即切除励磁，进行检查定子回路是否有故障点。
3.3进行零起升压试验
建议每次机组检修后，进行零起升压试验，使变压器中的剩磁得以消除。
4结束语
利用二次諧波制动原理躲过变压器正常空载合闸或外部故障切除后电压恢复时出现的励磁涌流的成熟技术，已在实际工程中得到应用。但针对此类类似励磁涌流的情况，利用“躲避”策略并不是有效的方法。因此，需要我们在运行维护中将可能产生变压器剩磁的因素消除，避免事故的再次发生，为机组电网安全稳定运行创作良好的环境。
参考文献
[1]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护规定汇编[M].北京：中国电力出版社，2000.
[2]袁宇波，李鹏，黄浩声.变压器差动保护误动原因分析及对策综述[J].江苏电机工程，2013（6）：8-11，14.
[3]金恩淑，孙世勇，齐正，等.一种防止外部故障切除后变压器差动保护误动的新算法[J].电力系统保护与控制，2011（12）：27-30.
[4]张会文，张帅辉.一起500kV主变差动保护误动分析[J].电力系统保护与控制，2010（11）：137-139，146.
[5]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2010.
[6]褚晓锐.基于MATLAB的变压器恢复性涌流仿真研究[J].高压电器，2012（1）：53-57.
[7]武万才，边疆，吴志勇.变压器和应涌流产生机理及其特性分析[J].电力自动化设备，2011（6）：112-115.
[8]吴明波，梁振飞，李鹏.电子式互感器对电力系统的应用分析[J].中国电力教育，2011（12）：92-93.
[9]任保瑞，赵锋，刘小改，等.励磁涌流引起的变压器差动保护误动作分析及对策[J].电网与清洁能源，2010（10）：6-9，13.