变压器过励磁保护

知识点：励磁倍数

变压器的过励磁

变压器的感应电动势E可用小式表示

E = 4.44fNSB×10^-4 

当不计绕组漏阻抗上的压降时，有E ≈U，于是磁感应强度（工作密度）B可写成

B = K×U/f

此式表明，磁感应强度B与电压频率比U/f成正比，电压和频率的下降都将使磁感应强度B增加。

对于现代大型电力变压器，额定运行时铁芯中的BN约为1.7～1.8T，而饱和磁感应强度Bsat约为1.9～2.0T，两者很接近。大型电力变压器铁芯都是采用冷轧硅钢片，磁化特性曲线很“硬”，所以当电压频率比增加时，工作磁感应强度B增加，使励磁电流增大，特别是铁芯饱和后，励磁电流急剧增大，造成变压器过励磁。

铁芯进入饱和后，铁芯损耗增加，使铁芯温度升高；与此同时，由于励磁电流的增大，导致漏磁增加，使靠近铁芯的绕组导线、油箱壁、金属构件中产生涡流损耗，形成过热，引起高温，严重时造成局部变形和损伤周围的绝缘介质；过励磁时励磁电流并非是正弦波，而是呈尖顶波形，除基波分量外，还有其他奇次谐波，其中主要是3次谐波和5次谐波，计及这些谐波励磁电流后，注意到铁芯损耗和涡流损耗与频率平方成正比，因此使上述的发热更为严重，过励磁较大时容易发生严重过热。

过励磁倍数高、持续时间长，当然变压器要遭到损坏；变压器的每次过励磁，并不立即会造成明显的事故，因为变压器有一定的承受过励磁能力。但是，过励磁损坏绝缘有个积累过程，反复过励磁，必将加速绝缘老化，缩短绝缘寿命，为下次故障创造了条件。考虑到现代大型电力变压器额定工作时的磁感应强度高，容易发生过励磁，并且检修难度较大，故应装设过励磁保护。

与系统并列运行的变压器和升压变压器的过励磁情况有所不同。对于与系统并列运行的变压器，电压不会大幅度升高，同时当系统有功功率缺额较大时。借助按频率自动减负荷装置限制了频率下降的程度，因此与系统并列运行的变压器发生过励磁的可能性较小。一般可由：分接头联接不正确使电压过高、发生铁磁谐振引起过电压、系统事故解列甩负荷后变压器电压升高或发电机自励磁引起过电压，电压的升高造成过励磁。对于升压变压器发生过励磁的情况有：发电机起动过程中转子在低速下预热时误加发电机励磁使机端电压升到额定值，或双轴发电机低频预同步中误将发电机电压升到额定值；发电机并网前误加较大励磁电流；发电机变压器组运行中突然甩负荷，因自动调节励磁装置作用于调压，则导致过励磁。

2过励磁保护

定时限过励磁保护

                                               

图示出了定时限过励磁保护逻辑框图，其中Ⅱ段为告警信号段，一般过励磁倍数n告警定值取1.1，延时时间tⅡ取4s；Ⅰ段为定时限过励磁跳闸段（也有设两个跳闸段的），一般跳闸段的过励磁倍数n的定值取1.3，延时时间tⅠ取120s，过励磁保护起动的n值取1.05。

反时限过励磁保护

因变压器有一定的过励磁能力，过励磁倍数愈高时允许的时间愈短，即具有反时限特性，所以采用反时限过励磁保护。下图示出了变压器过励磁曲线，具有反时限特性。

上图示出了反时限过励磁保护逻辑框图，n反时限的定值，可由给定的反时限过励磁曲线获取，通常取8组或10组定值。过励磁倍数的整定值一般在1.0～1.5间，时间延时最大可为3000s。这样，反时限过励磁保护通过对给定的反时限曲线（由8组或10组定值构成）进行线性化处理，在计算得到过励磁倍数n后，采用分段线性插值求出对应的动作时间，实现反时限。显然，反时限过励磁保护具有积累和散热功能。

3过励磁对纵差动保护的影响

变压器过励磁铁芯进入饱和后，励磁电流随过励磁倍数的最大非线性增加，且波形不是正弦波，含有大量谐波分量，但不含有非周期分量电流和偶次谐波分量电流。因此，过励磁时的励磁电流与励磁涌流有着本质上的区别。于是，过励磁时变压器纵差动保护中的涌流制动是开放的，故过励磁时差动回路电流的最大必将对纵差动保护发生影响。例如，对大型变压器有如下的典型数据：过励磁倍数n=1.25、1.33、1.43时，励磁电流的均方根分别为额定电流的10%、50%、100%。

过励磁时，励磁电流含有较大的3次谐波和5次谐波

（1）当过电压在1.2～1.4时，励磁电流幅值约为额定电流IN的10%～50%，对于反映差动电流大小的纵差动保护可能发生误动作；对于反映差动电流基波分量的纵差动保护，当最小动作电流Iq较小时（如小于0.4In），仍有发生动作的可能；对于Iq较大的情况（如大于0.5In），则在上述情况下不会发生误动作，当然，过电压大于1.4时仍有可能误动作。

（2）过电压时，励磁电流中的3次谐波和5次谐波十分明显，当过电压在1.15～1.20时，5次谐波最大，可达基波分量的50%；过电压再增大时，5次谐波与基波的比值开始明显下降。3次谐波与基波的比值明显高于5次谐波与基波的比值。

虽然过励磁时励磁电流中含有显著的3次谐波和5次谐波，但因变压器内部短路故障电流互感器饱和时同样会出现明显的3次谐波，因此，不宜用3次谐波电流来判别过励磁。应采用5次谐波电流来克服过励磁对纵差动保护的影响。

相关推荐链接：

1、发电机励磁系统图cad

2、电站励磁系统的修理改造