陈袁
宁波舟山港股份有限公司北仑矿石码头分公司 浙江 宁波 315800
摘要：港口大型起重机械设备上机10kV配电线路的继电保护，在日常保养停电后开关合闸送电的瞬间,变压器呈现出较大的励磁涌流现象，造成高压开关合闸时过流保护I>>段误动。针对正常合闸送电的变压器励磁涌流引起的跳闸事件开展深入研究，结合MATLAB进行方针分析变压器励磁涌流，过电流保护的整定须考虑励磁涌流的影响，对继电保护器重新计算调整，从而消除正常合闸送电引起的过流保护误动作。
关键字：港机设备 高压合闸 变压器 励磁涌流 跳闸
港口大型起重机械设备如门机、桥吊、龙门吊等，主要使用高压电源，其电压等级为10kV。10kV电源来自终端变电站，通过岸边高压电缆井和机上电缆卷筒滑环箱，最后连接机上高压开关柜，一般来说日常维护保养高压设备需要倒闸停送电，但笔者所在北仑山多用途码头的5号、6号龙门吊每次开关合闸都会随机出现过流保护I>>段跳闸，对维保人员造成了一定困惑。经过断开负载、变压器、高压线路排查，基本确定是因为变压器励磁涌流造成的过流保护跳闸。
1 MATLAB仿真变压器励磁涌流
利用MATLAB软件在其simulink仿真平台建立了单相变压器励磁涌流模型（图一），模块有交流电压源、断路器、饱和变压器并通过示波器观测合闸时电流的变化。
通过（图一）示波器可以看到：当合闸时间分别调整到0秒（合闸角0°）电流最大值接近1200；当合闸时间分别调整到0.0017秒（合闸角30°）电流最大值不到1000；当合闸时间分别调整到0.0033秒（合闸角60°）电流最大值不到450；当合闸时间分别调整到0.005秒（合闸角90°）电流最大值7左右。
励磁涌流的大小与电源电压值和合闸初相角有直接关系，所以会随机出现I>>段跳闸故障。但现实运行环境中励磁涌流的大小与合闸前铁心磁通值和剩磁方向、系统等值阻抗值和相角、变压器绕组的接线方式和中性点接地方式、铁心材质的磁化特性、磁滞特性等、铁心结构型式、工艺组装水平也有关。
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图一：MATLAB单相仿真
2 变压器励磁涌流产生的原因
变压器绕组中，励磁电流与磁通的关系，由磁化特性决定，铁芯越饱和，产生一定的磁通所需要的励磁电流就越大。在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，由于变压器电、磁能的快速转换，铁芯中磁通密度大大增加，铁芯饱和现象非常严重，励磁电抗大大减小，因而励磁电流数值大增，由磁化特性决定的电流波形很尖，此电流即励磁涌流，其一般为变压器额定电流的5～10倍，为空载电流的50～100倍，但衰减较快。
空载投入励磁涌流，励磁涌流含有很大成分的非周期分量、含有大量的高次谐波分量且以二次谐波为主，波形为尖顶波，且波形之间有间断，并偏向时间轴的一侧。励磁涌流的大小与电源电压值和合闸初相角、合闸前铁心磁通值和剩磁方向、系统等值阻抗值和相角、变压器绕组的接线方式和中性点接地方式、铁心材质的磁化特性、磁滞特性等、铁心结构型式、工艺组装水平有关。一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的5～10倍。
3 整定值计算
龙门吊主变压器容量为630KVA，接有315KW电动机1台、4台15KW小车电机、10台20KW大车电机，正常时负荷电流400-600A，机上采用ABB继电保护器，型号：SPAJ-142C-AA。
变压器过流保护按躲过变压器可能出现的最大负荷电流整定。Idz＝Kk／Kf×Ifhmax。其中：Kk-可靠系数，一般为1.2～1.3；Kf-返回系数，取0.85；Ifhmax-最大负荷电流。变压器电流速断保护按躲过变压器低压母线最大短路电流整定。Idz＝Kk×Idmax。其中Kk-可靠系数1.2～1.3， Idmax-低压母线最大短路电流。
变压器速断保护的整定有两个原则：一是躲过变压器二次侧母线上故障时流过的最大短路电流，按实际情况取系数为1.2～1.3倍的最大短路电流；二是躲过变压器空载合闸时的励磁涌流，一般取3～5倍保护安装侧的额定电流。过流保护与上述一致。
4 继电保护整定调整
针对励磁涌流的特点，结的龙门吊机上高压开关及变压器具体情况，我们主变的ABB继电保护器I>>段启动电流从2.91调整到3.61，将TI>>段启动时间从0.1调整到0.3，使其在时间上能躲过励磁涌流。从此以后，再也没有发生类似越级跳闸事故。
5 结语
励磁涌流在变压器保护整定计算及实践中有很深远的意义，通过MATLAB软件在其simulink仿真平台建立了变压器励磁涌流模型，通过改变合闸时间可以直观地显示变压器励磁涌流波形的特点，从而理解励磁涌流产生原因。本文只浅显的谈了港口机上设备高压设备计算、调整方法，还有很多方面没有涉及。随着电力系统的发展其技术日趋成熟，对励磁涌流判别及防范方法也更加完善，因励磁涌流引起的误动必将大大减少。