關(guān)于變壓器和應(yīng)涌流導(dǎo)致保護(hù)誤動的分析①

徐濟順

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.089

摘 要：當(dāng)變電站內(nèi)母線上接有兩臺或兩臺以上的變壓器時，如果其中一臺變壓器進(jìn)行空載合閘，在空載合閘的變壓器中將出現(xiàn)勵磁涌流，與此同時，在與其并聯(lián)運行的中性點接地變壓器中也將出現(xiàn)和應(yīng)涌流，危害變壓器，引起差動保護(hù)誤動，破壞電網(wǎng)穩(wěn)定。本文將分析和應(yīng)涌流產(chǎn)生的原因、影響和應(yīng)涌流的因素并提出一些防范差動保護(hù)誤動的措施。

關(guān)鍵詞：變壓器 和應(yīng)涌流 勵磁涌流

中圖分類號：TM772 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（c）-0089-02

在電力系統(tǒng)中，作為變壓器主保護(hù)的差動保護(hù)，時常出現(xiàn)一臺變壓器空載合閘操作過程中引起另一臺運行變壓器產(chǎn)生和應(yīng)涌流造成運行變壓器差動保護(hù)誤動，而且還產(chǎn)生諧波過電壓危害變壓器。運行變壓器差動保護(hù)誤動一般發(fā)生在相鄰變壓器空載合閘完成一段時間以后，差動保護(hù)誤動的原因較為隱蔽，難以察覺。因此需對和應(yīng)涌流進(jìn)行深入研究，分析其產(chǎn)生的原因及特點，以提出有效的措施防止其對保護(hù)產(chǎn)生影響。

1 和應(yīng)涌流產(chǎn)生的原因

系統(tǒng)接線圖如圖1，在圖2所示等值電路中，系統(tǒng)電源電壓為us，系統(tǒng)電阻為Rs，系統(tǒng)電感為Ls。T1變壓器原邊等效電阻為R1，等效電感為L1。T2變壓器原邊等效電阻為R2，等效電感為L2。其中is為流過系統(tǒng)的電流，i1為流過T1變壓器的電流，i2為流過T2變壓器的電流。

T2變壓器空載合閘時，T1變壓器已經(jīng)勵磁，此時i1≈0，is=i2，電壓平衡方程：

（1）

其中Ψ1為T1變壓器回路磁鏈，在一個周期內(nèi)對兩邊進(jìn)行積分：

（2）

us（θ）為正弦電壓源，在一個周期內(nèi)積分為零。i2為勵磁涌流，可知θ=0和θ=2π這兩個時刻處于勵磁涌流間斷期間，i2（0）≈i2（2π）≈0。由上式得：

（3）

從式（3）中可以看出T1磁鏈的變化主要是由于T2中的電流i2和系統(tǒng)電阻Rs決定的，T1磁鏈每個周期的增量 （4）

由于T2的勵磁涌流i2是偏向時間軸正側(cè)的，由式（4）可以看出，為負(fù)，T1磁鏈反向增加，在未達(dá)到飽和點時i1幾乎未零。隨著T1不斷積累負(fù)向磁鏈，在一段時間后將逐步飽和，從而產(chǎn)生和應(yīng)涌流。隨著T1磁鏈不斷增加，和應(yīng)涌流i1也越來越大。由于T1磁鏈?zhǔn)秦?fù)向增加的，因此T2磁鏈正向飽和時，T1磁鏈?zhǔn)菦]有達(dá)到飽和的，所以T1只會發(fā)生負(fù)向飽和，即i1與i2的方向相反并且在時間上交錯。

2 和應(yīng)涌流的影響因素

和應(yīng)涌流的產(chǎn)生及衰減過程受諸多方面因素的影響。通過以上的分析可知，系統(tǒng)電阻的大小影響和應(yīng)涌流的產(chǎn)生和衰減都有影。影響的程度取決于系統(tǒng)電阻與變壓器電阻的比值。比值越大，將越容易產(chǎn)生和應(yīng)涌流且和應(yīng)涌流的衰減也越慢。在低壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)阻抗較大，所以更容易產(chǎn)生和應(yīng)涌流，而且和應(yīng)涌流衰減得很慢。

線路電阻與系統(tǒng)電阻的作用基本相同。當(dāng)系統(tǒng)與變壓器之間的線路較短時，線路電阻較小，將不利于和應(yīng)涌流的產(chǎn)生。如果系統(tǒng)與變壓器之間的線路較長時，線路電阻較大，將有利于和應(yīng)涌流的產(chǎn)生。但線路電阻較大時，線路壓降也必然較大，使得變壓器原邊電壓降低，變壓器磁鏈的穩(wěn)態(tài)分量減小，即變壓器鐵芯工作點遠(yuǎn)離飽和區(qū)，也將會降低和應(yīng)涌流的大小。

變壓器空載合閘勵磁涌流的大小與變壓器剩磁大小有關(guān)，同樣變壓器空載合閘時不同剩磁對運行變壓器和應(yīng)涌流也將產(chǎn)生影響。變壓器空載合閘時剩磁越大，空載合閘變壓器勵磁涌流將越大，同時運行變壓器和應(yīng)涌流也將越大，并且和應(yīng)涌流出現(xiàn)和達(dá)到最大值的速度也越快。

3 和應(yīng)涌流的特點

通過以上的分析，和應(yīng)涌流在空載合閘變壓器勵磁涌流產(chǎn)生一段時間后才出現(xiàn)。當(dāng)空載合閘變壓器的勵磁涌流處于峰值附近時，母線電壓的瞬時值較低，此時運行變壓器不會產(chǎn)生和應(yīng)涌流。當(dāng)空載合閘變壓器的勵磁涌流處于間斷期間，勵磁涌流為零，母線電壓恢復(fù)到額定電壓附近，運行變壓器在空載合閘變壓器勵磁涌流的直流分量和高電壓共同作用下將產(chǎn)生和應(yīng)涌流。

和應(yīng)涌流與勵磁涌流交替的出現(xiàn)，方向相反，即當(dāng)變壓器空載合閘而鐵芯為正向飽和時，并聯(lián)運行變壓器的鐵芯趨于反向飽和。和應(yīng)涌流將由小到大逐漸增加，和應(yīng)涌流的大小與勵磁涌流的大小有關(guān)。由于容量較大的變壓器空載合閘的暫態(tài)過程持續(xù)時間長，和應(yīng)涌流增長也較緩慢，運行變壓器的差動保護(hù)有可能在變壓器空載合閘一段時間后才由于產(chǎn)生的和應(yīng)涌流導(dǎo)致誤動跳閘。

4 防范措施

對于差動保護(hù)而言，變壓器勵磁涌流就相當(dāng)于變壓器內(nèi)部故障時流過的短路電流。在實際應(yīng)用中通過利用二次諧波制動判據(jù)、間斷角原理判據(jù)和波形對稱判據(jù)閉鎖變壓器差動保護(hù)，防止勵磁涌流引起差動保護(hù)誤動。這些方法對于和應(yīng)涌流則不同，和應(yīng)涌流的波形與勵磁涌流的特征雖然無明顯差異，但和應(yīng)涌流中的二次諧波分量并不是在和應(yīng)涌流最大時最大，而是隨著和應(yīng)涌不斷流衰減而不斷增大。在一定的合閘時刻及變壓器剩磁的情況下，差流中的基波分量大于差動定值，但二次諧波分量小于諧波閉鎖值，將造成差動保護(hù)誤動。差動保護(hù)的二次諧波閉鎖系數(shù)一般整定為0.15，為了防止和應(yīng)涌流造成誤動，可以適當(dāng)降低二次諧波閉鎖系數(shù)定值。

變壓器差動保護(hù)的最小動作電流一般整定為0.5倍變壓器額定電流，定值整定的比較小，空載合閘時運行變壓器產(chǎn)生的和應(yīng)涌流有可能大于其差動保護(hù)動作值，引起差動保護(hù)誤動作。為此，在保證差動保護(hù)靈敏度的前提下應(yīng)適當(dāng)提高變差動保護(hù)定值門檻值，防止差動保護(hù)誤動。

5 結(jié)語

本文分析了變壓器和應(yīng)涌流產(chǎn)生的原因、影響因素、特點及其對變壓器差動保護(hù)的影響。分析表明和應(yīng)涌流的產(chǎn)生與許多因素有關(guān)，但其本質(zhì)原因是由于空載合閘變壓器勵磁涌流流過系統(tǒng)電阻使得其他變壓器工作母線電壓偏移導(dǎo)致鐵芯飽和造成的。由于和應(yīng)涌流自身的特點使得和應(yīng)涌流對變壓器差動保護(hù)的影響較為隱蔽、不易察覺，但由其引起的差動保護(hù)誤動問題應(yīng)引起一定的重視。本文在對和應(yīng)涌流產(chǎn)生的原理及其特性，進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的防范措施，以防止由于和應(yīng)涌流導(dǎo)致差動保護(hù)誤動跳閘事故的發(fā)生，提高供電可靠性，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

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