勵(lì)磁涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)及對(duì)策探討

周丹 饒勇 董斌

摘要：變壓器作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其穩(wěn)定性會(huì)對(duì)電網(wǎng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生重要影響，而因勵(lì)磁涌流所引起的變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)是影響變壓器正常工作的主要因素。文章介紹了變壓器產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的原因和特點(diǎn)，分析了變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置的工作原理以及差動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)所帶來(lái)的危害，有效避免了勵(lì)磁涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)的措施。

關(guān)鍵詞：變壓器；勵(lì)磁涌流；差動(dòng)保護(hù)；誤動(dòng)分析；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM77 文章編號(hào)：1009-2374（2016）18-0144-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.071

隨著居民生活水平和工業(yè)水平的不斷提高，用電需求日愈增加，與此同時(shí)對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性要求也在不斷提高。變壓器是當(dāng)前電力系統(tǒng)中的重要組成部分，其會(huì)對(duì)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生重要影響。在當(dāng)前的電力系統(tǒng)中，為了保證變壓器的正常工作，一般都會(huì)配置靈敏度較高的差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)。該差動(dòng)保護(hù)裝置能夠在區(qū)內(nèi)短路故障快速動(dòng)作，保證電網(wǎng)及變壓器的安全。

1 變壓器產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的原因與特點(diǎn)

1.1 變壓器產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的原因分析

通常而言在空載變壓器剛接通電源時(shí)，在電源一側(cè)的繞組上產(chǎn)生一個(gè)較大的電流，該電流的值一般會(huì)高出額定電流的5～7倍，在電力行業(yè)中通常都將該電流稱為“勵(lì)磁涌流”。變壓器勵(lì)磁支路的磁化曲線具有明顯的非線性特征是變壓器產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的主要原因。在空載情況下對(duì)變壓器進(jìn)行合閘操作時(shí)，由于鐵芯中原有的磁通與變壓器工作電壓產(chǎn)生的磁通的方向一致，通過(guò)鐵芯的總磁通量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鐵芯的飽和磁通，即通過(guò)鐵芯中的磁通量會(huì)在合閘瞬間產(chǎn)生巨大的突變，由于勵(lì)磁電流的大小與磁通量的變化率成正比，所以在變壓器的合閘瞬間會(huì)產(chǎn)生巨大的勵(lì)磁電流。倘若變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置不能夠有效地識(shí)別該勵(lì)磁涌流，而誤將其視為短路電流，就會(huì)導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)。

1.2 勵(lì)磁涌流的主要特點(diǎn)

變壓器的勵(lì)磁電流與短路電流極其相似，二者的值都較大，但是與短路電流相比，勵(lì)磁電流還具有如下方面的特點(diǎn)：（1）不具有周期性，因而不利于檢測(cè)；（2）由于勵(lì)磁繞組并不是理想的導(dǎo)線，因而隨著時(shí)間的推移勵(lì)磁涌流會(huì)逐漸變小，從而會(huì)使得涌流的波形始終偏于時(shí)間軸的一側(cè)；（3）勵(lì)磁涌流的曲線具有明顯的尖峰，該尖峰主要是由勵(lì)磁涌流中的二次諧波導(dǎo)致的；（4）勵(lì)磁涌流的曲線存在斷角，這是其與短路電流的最大區(qū)別。

1.3 判別勵(lì)磁涌流的主要方式

勵(lì)磁涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題由來(lái)已久，諸多從事該方面研究工作的人員也一直在尋求這方面的解決方法。具體而言，當(dāng)前主要有如下三種判別勵(lì)磁涌流的方法：（1）二次諧波識(shí)別法。由于勵(lì)磁涌流中的二次諧波含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變壓器發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時(shí)電流中的二次諧波含量，因此可通過(guò)計(jì)算電流中的二次諧波含量來(lái)判斷是否是勵(lì)磁涌流；（2）間斷角識(shí)別法。由于與其他的故障電流的波形相比，勵(lì)磁涌流的波形具有明顯的間斷特征，因此根據(jù)該特性來(lái)判斷是否為勵(lì)磁涌流，但是該方法的局限是對(duì)處理器的性能要求較高；（3）波形對(duì)稱識(shí)別法。該方法主要是根據(jù)同一個(gè)周期內(nèi)前半個(gè)波形和后半個(gè)波形的對(duì)稱性來(lái)判斷是否是勵(lì)磁涌流。

2 勵(lì)磁涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的危害

勵(lì)磁涌流引起的變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作之所以稱之為“誤動(dòng)”，主要是因?yàn)閯?lì)磁涌流引起的差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作會(huì)對(duì)變壓器的正常工作產(chǎn)生一定的危害，這些危害主要體現(xiàn)在如下方面：（1）變壓器無(wú)法完成空載工況下的合閘。由于空載工況下合閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌流，該涌流會(huì)使差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，導(dǎo)致變壓器空投失??；（2）由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象的存在，空投變壓器合閘時(shí)產(chǎn)生的電磁涌流還會(huì)對(duì)周邊變壓器的正常工作產(chǎn)生影響，使得臨近的變壓器也發(fā)生差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，可能造成大面積的停電；（3）勵(lì)磁電流會(huì)造成電網(wǎng)電壓的突然上升或者是下降，導(dǎo)致電網(wǎng)的穩(wěn)定性變差，會(huì)造成電氣設(shè)備的不正常運(yùn)行；（4）由于勵(lì)磁涌流中的諧波含量要遠(yuǎn)高于正常電流，其容易使得電流互感器磁路被過(guò)度磁化而精度下降，同時(shí)也會(huì)降低繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作正確率。

3 勵(lì)磁涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的主要原因

3.1 差動(dòng)保護(hù)值設(shè)定不合理

在當(dāng)前的電網(wǎng)中大部分差動(dòng)保護(hù)裝置都是采用二次諧波制動(dòng)的方法來(lái)規(guī)避勵(lì)磁涌流所引起的差動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)。采用該方法的差動(dòng)保護(hù)裝置的工作原理是設(shè)置一個(gè)合理的差動(dòng)保護(hù)閉鎖閥值，該值主要反映的是差動(dòng)電流中二次諧波分量的比例，當(dāng)差動(dòng)保護(hù)裝置檢測(cè)到的實(shí)際值大于之前設(shè)定的閥值時(shí)，差動(dòng)保護(hù)裝置會(huì)認(rèn)為差動(dòng)電流是勵(lì)磁涌流，從而閉鎖差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。而在實(shí)際工作過(guò)程中往往會(huì)出現(xiàn)閥值設(shè)定過(guò)高，差動(dòng)保護(hù)裝置無(wú)法有效識(shí)別勵(lì)磁涌流，從而產(chǎn)生誤動(dòng)的狀況。

3.2 工作人員的操作失誤

由于變壓器的合閘以及日常維護(hù)都需要由電力人員來(lái)完成，因此工作人員的操作失誤也可能會(huì)導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)裝置對(duì)勵(lì)磁涌流產(chǎn)生誤動(dòng)。工作人員的操作失誤主要體現(xiàn)在如下方面：（1）在進(jìn)行合閘操作之前，沒有確認(rèn)電路是否處于空載工況下，在條件允許的情況下，工作人員應(yīng)該盡量避免在空載條件下進(jìn)行合閘操作；（2）對(duì)變壓器的工作特性不夠了解，誤將勵(lì)磁涌流引起的差動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)當(dāng)成變壓器內(nèi)部故障造成，從而使得存在的問(wèn)題不能及時(shí)得到解決。

4 避免勵(lì)磁涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的有效措施

4.1 提高辨別勵(lì)磁涌流的準(zhǔn)確性

變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置識(shí)別勵(lì)磁涌流的準(zhǔn)確性不高，是差動(dòng)保護(hù)裝置產(chǎn)生誤動(dòng)的一個(gè)主要因素。提高差動(dòng)保護(hù)裝置辨別勵(lì)磁涌流準(zhǔn)確性需要從如下方面入手：（1）由根據(jù)二次諧波分量的比例來(lái)判斷是否為勵(lì)磁涌流改為根據(jù)二次諧波的變化趨勢(shì)來(lái)判斷是否為勵(lì)磁涌流，只有當(dāng)前二次諧波含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)且高于設(shè)定值時(shí)才認(rèn)為其是勵(lì)磁涌流，因此可以避免將空投時(shí)產(chǎn)生的輕微匝間故障誤判為電磁涌流；（2）采用新型波形對(duì)稱識(shí)別原理的差動(dòng)微機(jī)保護(hù)裝置，由于微機(jī)保護(hù)裝置能夠根據(jù)波形的對(duì)稱性來(lái)區(qū)別內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流，其精度要遠(yuǎn)高于二次諧波分析識(shí)別法和間斷角識(shí)別法，因此值得被推廣使用。

4.2 試驗(yàn)運(yùn)行后進(jìn)行消磁

變壓器鐵芯中的剩磁是形成勵(lì)磁涌流的主要因素，因此在變壓器正式投運(yùn)之前可通過(guò)對(duì)鐵芯進(jìn)行消磁操作的方式來(lái)抑制勵(lì)磁涌流。變壓器在停運(yùn)以及進(jìn)行短路故障保護(hù)動(dòng)作之后都會(huì)有一定的剩磁，特別是在完成變壓器電流電阻的測(cè)試之后，鐵芯中的剩磁會(huì)較大，必須采取相應(yīng)的消磁措施。當(dāng)前主要是采用交變電流或者是直流法進(jìn)行消磁，在變壓器繞組上施加交變電流時(shí)，剩磁的方向會(huì)發(fā)生改變，其值會(huì)逐漸減小，并且最終會(huì)趨近為零。當(dāng)變壓器鐵芯的剩磁為零時(shí)，變壓器勵(lì)磁涌流能夠得到有效的抑制。

4.3 差動(dòng)保護(hù)定值整定

變壓器差動(dòng)保護(hù)的設(shè)定值對(duì)差動(dòng)保護(hù)裝置至關(guān)重要，必須在差動(dòng)保護(hù)定值整定方面多下工夫。差動(dòng)保護(hù)裝置設(shè)定的閥值既不能過(guò)高，也不能過(guò)低，因此必須經(jīng)過(guò)反復(fù)的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)測(cè)試才能確定一個(gè)最佳值。在差動(dòng)保護(hù)定值整定的過(guò)程中，通常先將差動(dòng)保護(hù)的設(shè)定值設(shè)為15%，然后再根據(jù)實(shí)際的測(cè)試結(jié)果對(duì)設(shè)定值進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而保證差動(dòng)保護(hù)裝置能夠有效地躲過(guò)勵(lì)磁涌流。

4.4 提高操作的規(guī)范性和合理性

運(yùn)行人員操作不規(guī)范也是導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)裝置誤動(dòng)的一大因素，提高操作的規(guī)范性和合理性需要從如下方面入手：（1）需要對(duì)變壓器的操作細(xì)則進(jìn)行完善，極力避免在帶載的工況下進(jìn)行變壓器的合閘操作，最大限度地避免勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生。此外還應(yīng)要提高對(duì)變壓器日常維護(hù)的重視程度，保證變壓器始終能在一個(gè)較好的環(huán)境下運(yùn)行；（2）積極組織電力工作人員學(xué)習(xí)能夠有效避免勵(lì)磁涌流導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的措施，做到防患于未然，并且努力去探索更加有效的方法。

4.5 采用電磁涌流抑制器

前文所提的各種避免勵(lì)磁涌流引起變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的方法，都是從提高對(duì)勵(lì)磁涌流的識(shí)別的準(zhǔn)確性入手的，其采取的是“規(guī)避”的策略，而并未從根本上去抑制勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生。由于勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生是由多方面的因素造成的，要完全消除勵(lì)磁涌流的難度較大，但是隨著計(jì)算機(jī)以及電氣控制技術(shù)的不斷發(fā)展，如今通過(guò)采用勵(lì)磁涌流抑制器已經(jīng)能夠有效地抑制勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生。

勵(lì)磁涌流抑制器是一種能夠有效抑制變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)品，其通過(guò)對(duì)外加電壓的相位角進(jìn)行精確控制的方式，使得由于合閘時(shí)電壓驟增所產(chǎn)生的偏磁的極性和數(shù)量都能得到有效的控制。涌流抑制器的工作原理圖如圖1所示，由圖1可知在正常工作時(shí)，電壓互感器TV和電流互感器TA可以分別將電壓信號(hào)和電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為弱電信號(hào)，涌流抑制器可以通過(guò)監(jiān)測(cè)電源電壓波形的方式便可實(shí)現(xiàn)對(duì)磁通波形的監(jiān)測(cè)，使得其能夠獲得變壓器斷電時(shí)剩磁的極性和大小，便可通過(guò)控制變壓器空投時(shí)電源電壓的相位角使得偏磁的極性剛好與剩磁的極性相反，而大小與剩磁的大小相等，那么便能實(shí)現(xiàn)互消，從而磁路也不會(huì)出現(xiàn)飽和，勵(lì)磁涌流便不會(huì)產(chǎn)生。

5 結(jié)語(yǔ)

變壓器的正常穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義，而提高差動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作的準(zhǔn)確性便是實(shí)現(xiàn)這一目的的主要途徑。通過(guò)文中的分析可知，提高對(duì)勵(lì)磁涌流識(shí)別的準(zhǔn)確性并不是解決勵(lì)磁涌流所引起變壓器誤動(dòng)問(wèn)題的根本途徑，只有通過(guò)采用涌流抑制器等類似從根源上消除勵(lì)磁涌流的方式，才能使得該問(wèn)題能夠更好地得到解決。

參考文獻(xiàn)

[1] 郝治國(guó)，張保會(huì)，褚云龍.變壓器器勵(lì)磁涌流鑒別技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].變壓器，2015，42（7）.

[2] 岳志剛，楊國(guó)旺，曲艷華.勵(lì)磁涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響及其對(duì)策[J].高壓電器，2012，41（1）.

[3] 孫恒明，曹繼豐.高壓直流換流器差動(dòng)保護(hù)抗干擾性能研究[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2013，2（5）.

[4] 魏莉，鄭濤，王國(guó)功，等.變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因綜合分析及防誤動(dòng)措施[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，36（19）.

作者簡(jiǎn)介：周丹（1986-），女，江西萍鄉(xiāng)人，廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司繼電保護(hù)助理工程師，研究方向：發(fā)電廠繼電保護(hù)、自動(dòng)化維護(hù)。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）