變壓器勵(lì)磁涌流的自適應(yīng)二次諧波分相制動(dòng)技術(shù)

摘? 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的進(jìn)步，電力事業(yè)得到了飛速發(fā)展，變壓器作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，在變電系統(tǒng)中的作用越來越重要。變壓器的運(yùn)行條件極其復(fù)雜，其運(yùn)行的可靠性、穩(wěn)定性、直接關(guān)系著整個(gè)電力系統(tǒng)的安全性，由其是變壓器的制動(dòng)過程對于電力系統(tǒng)的電壓和電流等的沖擊較明顯，因此本文闡述了變壓器勵(lì)磁涌流，分析了自適應(yīng)二次諧波分相制動(dòng)技術(shù)，以期為今后電力系統(tǒng)中變壓器的制定工作提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：變壓器勵(lì)磁涌流;自適應(yīng)二次諧波;分相制動(dòng)技術(shù)

中圖分類號(hào)：TM774? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1671-2064（2019）24-0000-00

0引言

電力系統(tǒng)作為我國工業(yè)和社會(huì)發(fā)展的重要保障，其運(yùn)行情況不僅關(guān)系國家的戰(zhàn)略方針，也與我們每個(gè)人的生活息息相關(guān)，同時(shí)涉及我國的軍事領(lǐng)域、經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域等各大領(lǐng)域，因此電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性引起各界人士的廣泛關(guān)注。變壓器作為電力系統(tǒng)重要的電氣組成原件，其運(yùn)行維護(hù)條件復(fù)雜，而且斷電之后，存在大量的剩磁，上電之后剩磁的存在會(huì)使變壓器的自身鐵芯內(nèi)部電流充分飽和，產(chǎn)生非常大的勵(lì)磁涌流。過大的勵(lì)磁涌流極易引起變壓器的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，同時(shí)伴隨產(chǎn)生諧波污染、鐵芯諧振、電流電壓大幅度波動(dòng)等危害，變壓器中的差動(dòng)保護(hù)是本身故障自動(dòng)保護(hù)的主要方式，因此我們在日常電力系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)過程中要極力避免勵(lì)磁涌流對變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的問題。近年來就上述問題提出了許多的解決方法和技術(shù)，其中的二次諧波制動(dòng)技術(shù)成熟、簡單、容易實(shí)現(xiàn)，在電力工程中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是二次諧波制動(dòng)技術(shù)不能依據(jù)基波與二次諧波自動(dòng)調(diào)整二次諧波的制動(dòng)比，改善變壓器抗短路的能力，同時(shí)也不能克服分相制動(dòng)帶來的差動(dòng)保護(hù)滯后的問題[1-4]。因此研究變壓器勵(lì)磁涌流的自適應(yīng)二次諧波分相制動(dòng)技術(shù)具有重要的意義。

1 變壓器勵(lì)磁涌流概述

1.1變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生原因與特點(diǎn)

變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的主要原因是自身鐵芯電流過度飽和所致，我們研究變壓器結(jié)構(gòu)可以看出，其勵(lì)磁回路相當(dāng)于一個(gè)非線性的電感線圈，如果變壓器運(yùn)行正常，其自身鐵芯中的電流處于未飽和狀態(tài)，磁導(dǎo)率相對較大，進(jìn)而使變壓器自身繞組產(chǎn)生較大電感，此時(shí)變壓器中的勵(lì)磁電流對于自身的差動(dòng)保護(hù)影響很小，勵(lì)磁電流大小僅為變壓器額定電流的2%-10%。當(dāng)變壓器在運(yùn)行過程中突然空載合閘或切除外部故障上電時(shí)，其外界電壓出現(xiàn)快速升高，即由小電壓升高至正常運(yùn)行狀態(tài)電壓，在該過程中變壓器自身鐵芯會(huì)迅速達(dá)到飽和甚至過飽和狀態(tài)，產(chǎn)生巨大的勵(lì)磁電流，此電流值高達(dá)變壓器額定電流的6-8倍，因此變壓器就產(chǎn)生了勵(lì)磁涌流。變壓器勵(lì)磁涌流的主要特點(diǎn)如下：

（1）對于三相變壓器而言，任意兩項(xiàng)之間的相位差為120度，導(dǎo)致該相位差也在三相勵(lì)磁電流中存在，相位角同樣為120度，可以看出不管在何種條件下空載合閘，至少存在兩相會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流;

（2） 三相變壓器的其中一相勵(lì)磁涌流存在對稱涌流的可能，其產(chǎn)生的諧波不偏離時(shí)間軸，而另外兩相會(huì)與時(shí)間軸存在偏離，存在非對稱電磁涌流，非對稱電磁涌流比對稱涌流的幅值大的多;

（3）變壓器勵(lì)磁涌流的非周期分量的數(shù)值極大，而且與升壓間斷角密切相關(guān)，隨著升壓間斷角的減小，非周期分量越來越大;

（4）對于三相變壓器而言，其勵(lì)磁涌流中總是有一相是周期性變化的電流，而且該數(shù)值還挺大的，同時(shí)不存在直流分量。三相變壓器非對稱勵(lì)磁涌流導(dǎo)致非周期電流分量的存在，相較于對稱勵(lì)磁涌流就不存在非周期的電流分量。

1.2變壓器勵(lì)磁涌流的影響因素

變壓器勵(lì)磁涌流的主要影響因素包括變壓器上電時(shí)的合閘初相角、鐵芯的剩磁強(qiáng)度、上電電壓、系統(tǒng)的阻抗大小，具體影響關(guān)系如下：

（1）合閘初相角。不考慮剩磁對勵(lì)磁涌流的影響，當(dāng)變壓器的初相角為0度時(shí)，就會(huì)使變壓器鐵芯中產(chǎn)生電流過飽和的情況，致使其勵(lì)磁涌流快速升高，達(dá)到正常額定電流的6-8倍，甚至比這更高的電流值。當(dāng)合閘角為90度時(shí)，磁通量變化按照正弦規(guī)律進(jìn)行，變壓器直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)磁通模式，不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流現(xiàn)象。

（2）剩磁。變壓器自身鐵芯中的剩磁為正向最大時(shí)，不管合閘初相角為0度還是90度，線圈中均會(huì)存在磁通量在合閘過程中產(chǎn)生暫態(tài)過程，相比較后者產(chǎn)生的磁通量變化更大。剩磁為反向最大時(shí)，合閘初相角為90度時(shí)，磁通量在合閘時(shí)存在暫態(tài)過程，而當(dāng)合閘初相角為0度時(shí)，不存在暫態(tài)過程，無勵(lì)磁涌流。當(dāng)不存在剩磁時(shí)，磁通量的變化剛好與剩磁反向時(shí)的影響相反。

（3）上電電壓。變壓器的上電電壓對勵(lì)磁涌流的影響主要表現(xiàn)在對自身線圈中的磁通量幅值的影響，當(dāng)上電電壓增大時(shí)，勵(lì)磁涌流的幅值也會(huì)升高。

（4）系統(tǒng)阻抗。變壓器系統(tǒng)阻抗對勵(lì)磁涌流的影響主要表現(xiàn)在對自身線圈磁通量變化速率的作用，對勵(lì)磁涌流幅值大小波動(dòng)的影響，并且當(dāng)變壓器產(chǎn)生的是對稱勵(lì)磁涌流時(shí)，其強(qiáng)度的大小與系統(tǒng)阻抗的大小沒有關(guān)系。

2 變壓器勵(lì)磁涌流的自適應(yīng)二次諧波分相制動(dòng)技術(shù)

當(dāng)前電力系統(tǒng)中使用的變壓器多數(shù)采用Y形連接和Δ形連接的方式，眾所周知，Δ形連接的變壓器繞組中一般不設(shè)置電流互感器測量環(huán)路電流的設(shè)備，根本不能完成各相電流差動(dòng)保護(hù)的功能，如果使用了線電流差動(dòng)保護(hù)器件進(jìn)行電流的檢測，就可能產(chǎn)生對稱性涌流，由于對稱性涌流不能產(chǎn)生明顯的諧波信號(hào)，使得檢測設(shè)備不能識(shí)別有效信號(hào)，進(jìn)而完成涌流制動(dòng)保護(hù)。當(dāng)前變壓器的制動(dòng)方式多采用最大相制動(dòng)的模式，在變壓器本身出現(xiàn)問題時(shí)，差動(dòng)保護(hù)也會(huì)由于內(nèi)部其它相涌流制動(dòng)而削弱相應(yīng)時(shí)間。為此下面將介紹一種變壓器勵(lì)磁涌流的自適應(yīng)二次諧波分相制動(dòng)技術(shù)。

2.1變壓器繞組電流計(jì)算

常見的變壓器接線方式之一如圖1所示，由3個(gè)單相變壓器組成，并且各相相互獨(dú)立，磁路互不干擾，適用于大型變壓器的接線形式。

其中ia1、ib1、ic1分別為變壓器△連接時(shí)的電流，ia、ib、ic為△連接各相繞組的電流，ea、eb、ec分別為主磁通在繞組中的感應(yīng)電動(dòng)勢。忽略回路的電阻，計(jì)算得到變壓器各個(gè)繞組的電流計(jì)算公式如下：

根據(jù)公式（1）可以根據(jù)變壓器兩側(cè)電流互感器測量的線電流計(jì)算三角形繞組電流ia、ib、ic。

2.2電感參數(shù)識(shí)別

計(jì)算三角形接線方式下變壓器繞組電流時(shí)，需要我們了解變壓器原副邊繞組的分布及各自的漏感和對應(yīng)的電感參數(shù)。通常變壓器會(huì)標(biāo)識(shí)出其短路電抗，目前工程中的處理方式是假定原副邊繞組的漏感是短路電抗的二分之一，這樣必將引入了計(jì)算誤差。而且當(dāng)變壓器出現(xiàn)問題時(shí)，繞組中的電流流經(jīng)的線圈匝數(shù)存在變化，將會(huì)導(dǎo)致變壓器的漏感發(fā)生波動(dòng)，與此同時(shí)系統(tǒng)的零序電感也會(huì)由于運(yùn)行方式的變化而變化。因此為了保證變壓器能夠正常工作和內(nèi)部出現(xiàn)故障問題時(shí)能夠精準(zhǔn)的計(jì)算自己的三角形布置繞組的電流大小，引入?yún)?shù)辨識(shí)技術(shù)對變壓器工作過程中的漏感參數(shù)和系統(tǒng)零序電感參數(shù)進(jìn)行在線辨識(shí)。

2.3變壓器勵(lì)磁涌流的自適應(yīng)二次諧波分相制動(dòng)技術(shù)

針對當(dāng)前變壓器勵(lì)磁涌流制動(dòng)存在的不足，提出了一種變壓器勵(lì)磁涌流的自適應(yīng)二次諧波分相制動(dòng)技術(shù)，該技術(shù)通過辨識(shí)變壓器運(yùn)行過程中的原副邊繞組的漏感參數(shù)，運(yùn)用2.1推導(dǎo)出的計(jì)算公式可以計(jì)算出三角形接線方式下變壓器的繞組電流，進(jìn)而計(jì)算得出變壓器原副邊繞組電流的計(jì)算差流，得到變壓器的勵(lì)磁電流，消除了繞組對稱性涌流出現(xiàn)的可能，因此提出了變壓器分相制動(dòng)技術(shù)。通過控制變壓器各相差流的二次諧波比，當(dāng)其大于設(shè)定值時(shí)才進(jìn)行制動(dòng)動(dòng)作，執(zhí)行差動(dòng)保護(hù)命令，制動(dòng)判據(jù)如下：

式中，，分別為三項(xiàng)繞組差流的基波幅值;，，分別為三相繞組差流的二次諧波幅值。該技術(shù)依據(jù)變壓器基波和二次諧波的相位關(guān)系，自適應(yīng)調(diào)整二次諧波制動(dòng)比，從根本上解決了變壓器二次諧波制動(dòng)應(yīng)用中存在的困難，同時(shí)消除了對稱涌流出現(xiàn)的可能，達(dá)到了分相制動(dòng)的目的，保證了變壓器差動(dòng)保護(hù)的可靠動(dòng)作。

3 結(jié)語

勵(lì)磁涌流是變壓器應(yīng)用過程中必然存在的共性問題，該問題的存在容易引起變壓器運(yùn)行過程中差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)作，威脅變壓器本身及電力系統(tǒng)的安全和可靠運(yùn)行。本文通過分析三角形接線方式變壓器的共性問題，提出了三角形連接方式變壓器繞組電流的計(jì)算方法，提出了計(jì)算過程中應(yīng)該獲得的參數(shù)，最后提出了變壓器勵(lì)磁涌流的自適應(yīng)二次諧波分相制動(dòng)技術(shù)，以期為電力系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、維護(hù)、維修工程提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1]李貞，張明珠，倪傳坤，鄒欣潔.變壓器勵(lì)磁涌流的自適應(yīng)二次諧波分相制動(dòng)方案[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2013，37（06）：121-124.

[2]袁宇波.基于附加相位判別的自適應(yīng)二次諧波勵(lì)磁涌流制動(dòng)方案研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，26（18）：19-24.

[3]劉小寶，吳崇昊，宋艷，et al.基于二次諧波的自適應(yīng)制動(dòng)涌流方案[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（18）：131-134.

[4]張雙梓，王錚，孫世勇，et al.變壓器差動(dòng)保護(hù)二次諧波制動(dòng)方案分析與改進(jìn)[J].電測與儀表，2014（23）：123-128.

收稿日期：2019-10-22

作者簡介：張偉林（1992—），男，甘肅白銀人，本科，助理工程師，主要從事繼電保護(hù)工作。