在化工電氣系統(tǒng)中，變壓器作為一次設(shè)備中最為核心的設(shè)備，其可靠性、穩(wěn)定性顯得尤為重要。由于某種原因要切除變壓器時(shí)，若變壓器鐵芯內(nèi)產(chǎn)生大量剩磁，將對(duì)其再次送電的成功率產(chǎn)生不利影響，本文就變壓器非電量保護(hù)動(dòng)作時(shí)的如何切除變壓器的問(wèn)題進(jìn)行討論分析。

兩種實(shí)現(xiàn)方式

一臺(tái)10/0.4kV，2000kVA變壓器，變壓器距離電源側(cè)10kV饋線柜約200m，距離400V進(jìn)線約10m，其非電量保護(hù)配置為重瓦斯、輕瓦斯、溫度高、溫度高高、壓力釋放；其中輕瓦斯與溫度高僅為報(bào)警信號(hào)，不做討論，其余三個(gè)非電量均要實(shí)現(xiàn)聯(lián)跳變壓器各側(cè)斷路器。可類(lèi)比，本文僅以重瓦斯為例說(shuō)明。

當(dāng)重瓦斯動(dòng)作時(shí)，需要聯(lián)跳高、低壓側(cè)斷路器，切除變壓器，其有兩種實(shí)現(xiàn)路徑；

第一種方式：重瓦斯繼電器常開(kāi)點(diǎn)閉合后，將該點(diǎn)引至電源側(cè)（10kV變壓器饋線柜），經(jīng)過(guò)中間繼電器（3TH4022M4）擴(kuò)展（由于重瓦斯繼電器接點(diǎn)容量一般為DC220V 0.3A，不足以滿足跳閘回路功率要求，故經(jīng)過(guò)中間繼電器擴(kuò)展），將中間繼電器常開(kāi)接點(diǎn)送至RCS 9621CS的專(zhuān)用輸入口（端子號(hào)327），經(jīng)過(guò)綜保邏輯出口，將10kV斷路器跳開(kāi)；

在綜保出口的同時(shí)，RCS 9621CS的出口繼電器2（端子號(hào)為427/428）同時(shí)出口，該接點(diǎn)送至低壓側(cè)400V進(jìn)線斷路器聯(lián)跳。從變壓器本體瓦斯繼電器至10kV饋線柜再至400V進(jìn)線柜均使用硬接線實(shí)現(xiàn)，其中硬接線共有約400m。

當(dāng)跳閘線圈勵(lì)磁回路較長(zhǎng)，對(duì)地電容相對(duì)較大，當(dāng)有小交流電源串入將有可能導(dǎo)致跳閘線圈誤動(dòng)作，并且回路較長(zhǎng)，引起的電壓降落也將增大，不利于線圈的可靠動(dòng)作，盡量縮短硬接線的長(zhǎng)度是有益的。

第二種方式：重瓦斯繼電器接點(diǎn)送至400V進(jìn)線柜，經(jīng)3TH4022擴(kuò)展后，同時(shí)送出兩路常開(kāi)點(diǎn)，一路至400V進(jìn)線開(kāi)關(guān)的跳閘回路，另一路送至10kV電源側(cè)饋線柜跳閘回路，接至RCS 9621CS的327號(hào)端子，通過(guò)綜保邏輯實(shí)現(xiàn)跳閘出口。

速動(dòng)性比較

從速動(dòng)性考慮，中間繼電器動(dòng)作時(shí)間約為t1=50ms；常開(kāi)點(diǎn)輸入綜保裝置至其出口繼電器動(dòng)作時(shí)間約為t2=70ms（遙信去抖時(shí)間20ms，繼電器動(dòng)作50ms，內(nèi)部邏輯時(shí)間忽略）；

在第一種方案中，從瓦斯繼電器動(dòng)作至10kV斷路器跳閘回路導(dǎo)通共需要t1+t2=50+70=120ms；從瓦斯繼電器動(dòng)作至400V斷路器跳閘回路導(dǎo)通共需要t1+t2=50+70=120ms；顯然，理想狀態(tài)下，兩側(cè)斷路器將同時(shí)斷開(kāi)，也就是會(huì)出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。

顯然，還需取決于10kV斷路器與400V斷路器的分?jǐn)鄷r(shí)間。此時(shí)，很可能出現(xiàn)帶負(fù)荷切除變壓器（10kV綜保出口繼電器容量為DC220V 5A，可以直接串入400V跳閘回路）。

在第二種方案中，從瓦斯繼電器動(dòng)作至10kV斷路器跳閘回路導(dǎo)通共需要t1+t2=50+70=120ms；從瓦斯繼電器動(dòng)作至400V斷路器跳閘回路導(dǎo)通共需要t1=50ms；

顯然，此時(shí)，400V斷路器將明顯快于10kV斷路器使跳閘回路導(dǎo)通，當(dāng)然，10kV與400V開(kāi)關(guān)分?jǐn)嗵匦杂袇^(qū)別，但是其相差70ms的時(shí)間富余將有利于將變壓器所帶負(fù)荷首先切除，而在變壓器電源側(cè)斷電時(shí)，變壓器已經(jīng)是空載狀態(tài)。

剩磁的影響

在出現(xiàn)帶負(fù)荷切除變壓器時(shí)，由于一般400V母線功率因數(shù)為cosΦ=0.9，按單相考慮，在斷開(kāi)一次回路時(shí)，由于電流相位僅滯后電壓28.5°，即e=√2E1sin(wt+α)，i=√2I1sin(wt+α-28.5°)；

當(dāng)i過(guò)零點(diǎn)時(shí)，電弧熄滅，一次回路斷開(kāi)，此時(shí)線端電壓為e=0.67E1；而由于E1=4.44fN1Φm，所以得到當(dāng)端電壓為e時(shí)，磁路中的磁通為Φr（即剩磁）=0.67Φm；

當(dāng)然，由于三相系統(tǒng)中由于相互差120°，情況較復(fù)雜；按單相分析，如果此時(shí)，再次將變壓器投入，假設(shè)投入時(shí)電壓處于峰值狀態(tài)，則僅考慮剩磁的影響，剩磁的存在將使鐵芯出現(xiàn)周期性的磁飽和。

當(dāng)主磁通與剩磁方向一致時(shí)，將使磁路飽和，引起勵(lì)磁電流迅速增長(zhǎng)，如變壓器硅鋼片型號(hào)為30Q130，其磁飽和點(diǎn)為1.9T，如果假設(shè)其正常工作點(diǎn)在B=1.2T（H=16A/m），而由于剩磁存在將使磁場(chǎng)密度增加至1.67倍，達(dá)到B=2.004T，此時(shí)H=9000A/m，勵(lì)磁電流為正常的n倍，n=9000/16=562.5；

有學(xué)者提到正常勵(lì)磁電流僅占正常一次繞組額定電流的1%，則該勵(lì)磁涌流將達(dá)到一次額定電流的5.6倍。而消磁方法闡釋很清楚，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)條件較苛刻。

在切除空載狀態(tài)的變壓器時(shí)，由于為純感性負(fù)載（忽略鐵耗），所以電壓電流相位相差90°，在電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)，電壓剛好達(dá)到幅值或其附近，此時(shí)，磁通與電壓相差90°，故磁通接近于0，即基本無(wú)剩磁，但同時(shí)三相系統(tǒng)中相角相互差120°，故必然還存在剩磁，但相對(duì)較小。

結(jié)論

當(dāng)非電量保護(hù)動(dòng)作時(shí)，采用先將非導(dǎo)電量繼電器接點(diǎn)送至400V進(jìn)線柜并跳閘，同時(shí)轉(zhuǎn)送至其10kV電源側(cè)將斷路器跳開(kāi)，在不降低速動(dòng)性要求的情況下，使變壓器被切除時(shí)，處于空載狀態(tài)，有利于變壓器的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

本文編自《電氣技術(shù)》，標(biāo)題為“非電量保護(hù)動(dòng)作切除故障對(duì)變壓器產(chǎn)生的影響”，作者為楊樂(lè)。