一起变压器剩磁引起保护动作的案例分析

一起变压器剩磁引起保护动作的案例分析
HX电厂在#2机C修高厂变电气试验中，多次对高厂变低压绕组进行了直流电阻测试，从而在高厂变铁芯中形成较大的剩磁。

当机组启动时，引起高厂变瓦斯保护动作。

本文通过此案例对变压器剩磁的产生原因及剩磁对变压器运行的影响进行了分析，并提出了防范措施。

标签：变压器;剩磁;直流电阻测试
1事件经过
HX电厂#2机C修#2高厂变电气试验，由于试验仪器原因，导致低压侧直流电阻进行了多次测量。

由于机组C修工期紧，直流电阻测量工作结束当晚机组随即启动。

在机组启动过程中，#2高厂变重瓦斯动作。

通过对#2高厂变检查，变压器油箱外观无异常，无渗漏油，油枕油位正常，瓦斯观察窗内无气体，油温指示正常，油样色谱分析未见异常，复测绕组绝缘电阻及直流电阻亦无异常。

经过分析，认为变压器瓦斯动作的原因是多次进行了低压侧直流电阻的测试，随后不久就投运，变压器铁芯中剩磁还没来得及完全自衰减，存在较大剩磁。

当机组启励升压瞬间，高厂变出现较大的励磁涌流，导致重瓦斯动作。

电气试验人员随即对变压器进行了消磁处理，机组再次启动时设备运行正常。

2变压器铁芯剩磁产生的原因分析
通常变压器进行直阻测试后，往往在变压器的铁芯中会存有剩磁，由于试验时间较短，试验时电能转化为磁能的能量较小，试验后距设备投运的时间较长，铁芯中的剩磁通过自衰减，在设备投入运行时，残存剩磁已对设备影响较小。

但当情况与之相反时，变压器铁芯中的剩磁将可能达到不能忽视的程度。

分析剩磁产生的原因：
通过实验可知，处于磁场中的铁磁元件，磁感应强度B不是随磁场强度H 的增长呈线性增加，而是呈非线性关系。

图1所示，磁化曲线可分为几个阶段：OA段，B随H的增加而缓慢增加;AC 段，B随H的增加而迅速增加;C点以后，B的增长又趋缓慢;从S点开始，B几乎不随H增大而增大，曲线基本与H轴平行，说明铁磁元件的磁化程度达到饱和状态，对应S点的磁场强度，叫饱和磁场强度HS，相应的磁感应强度用BS 表示。

当铁磁元件磁化饱和以后，若减小H，B也将减小，但B并不沿起始磁化曲
线下降，而是沿着另一条曲线下降。

如图2所示，对应的B值比原先的值大，这说明铁磁元件磁化过程不是可逆的过程，在反复磁化过程中，B值的变化总是落后于H值变化，当H降至零时，B并不会降至零（如图2中R点）。

这种现象称为磁滞现象。

说明铁磁元件在没有传导电流时也可以有磁性，这种磁性叫做剩磁。

剩磁的大小可由剩余磁感应强度BR（R点的B值）表示。

当H从零反向逐渐变至-HC时，B才等于零。

继续增加反向磁场，又可达到反向饱和状态，即图2中的S?处。

逐漸减小反向磁场，又可作出由S?到R?的曲线，再逐渐增加正向磁场时，使曲线由R?到C?。

最后形成了闭合曲线SRCS?R?C?S，这条闭合曲线叫磁滞回线。

由磁滞回线看到的B与H的关系，不仅不是线性的，而且不是单值的，B值的大小和铁磁元件磁化历史有关。

3剩磁对变压器运行的影响
由图2可见，处于变化磁场中的铁磁元件，当磁场强度H为0时，其磁感应强度并不为0，而等于R点所对应的BR值，即剩磁。

剩磁本质上就是铁磁元件吸收电能并转化成磁能的结果，是能量转换所形成的。

因此与电能输入的功率和时间有关。

当变压器绕组直流电阻测试时，在绕组上输入的试验电流越大，作用时间越长，剩磁量也就越大。

在实际工作中，变压器剩磁对设备的影响也是多方面的。

（1）对继电保护装置的影响
当对变压器充电时可能出现较大的励磁涌流，产生巨大的电动力，引起变压器线圈、铁芯等部件振动，导致油流涌动，致使变压器内部的油面波动增大，触发瓦斯保护动作。

过大的励磁电流还会导致变压器输入电流与输出电流相差较大，在全电压充电合闸时引起变压器差动保护误动作。

（2）对一次设备的影响
变压器容量越小，空载投运时励磁涌流与其额定电流之比就越大。

曾经发生过由于剩磁的原因，导致厂内输煤变投运时高压侧跌落保险熔断的事例。

同时，励磁涌流还会引起绕组间的机械力作用，可能逐渐使其夹件松动、绕组变形，从而形成隐患。

（3）其它影响
励磁涌流中含有多种谐波成分及直流分量，使得变压器成为电网中的谐波源，降低了供电系统的供电质量。

同时，高次谐波分量对电力系统中的敏感电力电子元器件也会产生较强的破坏作用。

4防范措施
综上分析可知，要控制变压器剩磁在合理范围内，就必须严控直流试验时的
电流与试验时间。

合理安排检修时间，变压器停电后尽快安排进行试验，试验结束后，将变压器绕组可靠接地，避免试验结束不久后变压器即投入运行。

如果出现本案例所述的试验情况，就必须采取措施消除剩磁。

现介绍现场简单可行的两种消磁方法。

（1）直流消磁
直流消磁法又称反向冲击法，是在变压器高压绕组B-O（或A-C）两端正向、反向分别通入直流电流，并不断减小，直到去磁结束。

一般情况下，反复冲击4-5次即可以取得较好的效果。

（2）交流消磁
交流消磁法是在变压器低压侧（ab，bc和ca之间）分别施加50Hz交流电压，对变压器用较低的电压充电，降低铁芯磁通φ的峰值，达到减小励磁电流的目的。

在本案例中，电气试验人员根据现场情况，使用调压器串接电容对变压器进行消磁，取得了较好的效果。

结束语
变压器在停电试验时，不能忽视直流电阻测试产生的剩磁对设备投运带来的影响。

必要时应采取措施进行消磁处理，从而保证设备的安全稳定运行。

参考文献：
[1]普通物理学·电磁学梁绍荣-高等教育出版社（2005.12）
[2]电机学罗慰擎水利电力出版社（1986.6）
[3]高压电气设备试验方法李建明朱康主编中国电力出版社（2008.7）。