變壓器勵磁涌流的識別方法

鄭州供電公司 李 蒙 張 慧

變壓器勵磁涌流的識別方法

鄭州供電公司 李 蒙 張 慧

電力變壓器在空載投入電網(wǎng)或外部故障切除后電壓恢復(fù)時，由于變壓器鐵芯磁通的飽和及鐵芯材料的非線性特征，會產(chǎn)生相當(dāng)大的勵磁電流，稱為勵磁涌流。電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備，縱差保護作為變壓器的主保護之一在識別勵磁涌流和內(nèi)部故障電流時經(jīng)常出現(xiàn)拒動和誤動的現(xiàn)象，因此，正確識別勵磁涌流和故障電流仍是變壓器差動保護的重要課題之一。按照判別勵磁涌流所用信號特征，目前傳統(tǒng)的識別勵磁涌流的方法有波形特征識別法和諧波含量識別法。

一、波形特征識別法

波形特征識別法就是根據(jù)變壓器在勵磁涌流和內(nèi)部故障時差流波形所具有的不同特征來區(qū)分是內(nèi)部故障還是勵磁涌流的方法。主要有兩種：一種是廣為大家所熟悉的間斷角原理。另一種是差動電流峰-峰間距判別法。

1.間斷角原理。由對勵磁涌流的分析知，勵磁涌流的波形中會出現(xiàn)間斷角，而變壓器內(nèi)部故障時流入繼電器的穩(wěn)態(tài)差電流是正弦波，不會出現(xiàn)間斷角。間斷角鑒別原理就是利用這個特征鑒別勵磁涌流和故障電流，即通過檢測差電流波形是否存在間斷角，當(dāng)間斷角大于整定值時將差動保護閉鎖。但在用間斷角原理來實現(xiàn)微機變壓器保護時可能會遇到一些問題。分析表明為準確地進行間斷角大小的判別，需要較高的采樣率，這樣留給微機的故障處理時間就極其有限。同時，為提高靈敏度，可能需要分辨率更高的16倍A/D。此時，硬件的復(fù)雜性和成本都將提高。

該原理的模擬式保護裝置已得到應(yīng)用，但面臨著因電流互感器傳變引起的間斷角變形問題。當(dāng)電流互感器飽和時，在涌流的間斷角區(qū)域?qū)a(chǎn)生反向電流，電流互感器飽和越嚴重則反向電流越大，最終使得涌流間斷角消失。對于內(nèi)部故障電流而言，電流互感器飽和將導(dǎo)致差流的間斷角增大，而且電流互感器飽和越嚴重，其差流間斷角越大。前者將使得變壓器發(fā)生涌流時差動保護誤動，后者將使得變壓器內(nèi)部故障時差動保護拒動。

2.差動電流峰-峰間距判別法。變壓器保護中的差流可由如圖1所示的3種典型波形表示。內(nèi)部故障時電流互感器飽和，差流波形如圖1（a）所示，相繼的差流波峰間距約為1/2周波左右。勵磁涌流峰-峰間距約為1/4周波和1個周波，如圖1（b）、（c）。因此將差流峰-峰間距為1/2周波左右、前一個峰值是后一個峰值的75%～125%,而且符號相反的狀態(tài)判為故障情況，將差流峰-峰間距為1/4或1周波判為勵磁涌流。

從上面的介紹可以看出，該方法十分類似于間斷角原理，這里用兩個相繼峰之間的時間差來區(qū)分內(nèi)部故障和涌流。而間斷角原理中的涌流間斷角大小，實際上也是一個時間量。因此兩者本質(zhì)是相通的。

由于電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的復(fù)雜性和非線性，僅用以上3種波形來表示顯然是不全面的，而且如果直接用采樣值來捕捉暫態(tài)過程中的峰值，則需要很高的采樣率。

二、諧波含量鑒別法

諧波含量鑒別法，是通過電流或電壓中諧波含量的多少來區(qū)分內(nèi)部故障和勵磁涌流。大體可以分為兩種：一是利用二次諧波電流鑒別勵磁涌流的方法。二是通過分析變壓器端電壓中的諧波分量而形成的電壓制動式保護。

1.二次諧波電流鑒別涌流的方法。分析表明，勵磁涌流中含有較大的二次諧波分量，通過計算差動電流中的二次諧波電流與基波電流的幅值之比可判別是否存在勵磁涌流。當(dāng)出現(xiàn)勵磁涌流時應(yīng)有：

式中，Id1和Id2分別為差流中基波和二次諧波電流模值，K是二次諧波制動比，可調(diào)整。

2.諧波電壓鑒別勵磁涌流的方法。其基本思想是：當(dāng)變壓器因勵磁涌流出現(xiàn)嚴重飽和時，端電壓會發(fā)生嚴重畸變，其中包含較大的諧波分量，可以用來鑒別勵磁涌流，其原理如下。

如果變壓器的三相電壓滿足：V1＞VTh或Tsum＞TTh時，判為勵磁涌流，保護閉鎖。式中，V1是變壓器端電壓的基波分量幅值；VTh和TTh分別為門坎值；T稱為“MONITOR”，是為克服在涌流時端電壓畸變引起電壓V的下降導(dǎo)致保護動作。

電壓制動原理能鑒別涌流，閉鎖保護。對于大多數(shù)內(nèi)部故障，其速動性比二次諧波制動原理好。但對于少數(shù)情況，特別是當(dāng)電源阻抗非常小時，仍有制動作用，甚至可能拒動。

三、傳統(tǒng)方法存在的問題及新方法的發(fā)展

間斷角方法存在著當(dāng)電流互感器飽和時，會導(dǎo)致間斷角的消失，增加保護硬件的復(fù)雜性。隨著電網(wǎng)電壓等級的提高和規(guī)模的擴大以及變壓器單機容量的增大，大型變壓器內(nèi)部嚴重故障時，由于諧振使短路電流中的二次諧波含量明顯增加，有可能引起二次諧波制動的差動保護延時動作。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者研究了各種區(qū)分勵磁涌流與內(nèi)部故障電流的新方法，例如，以涌流波形特征為依據(jù)的波形對稱原理，波形相關(guān)性分析法，波形疊加原理等。此外，還有磁通特性識別法，等值電路參數(shù)鑒別法，基于變壓器回路方程的算法，然而這3種算法都需要知道變壓器漏電感參數(shù)，其應(yīng)用前景取決于理論上的進一步突破。