变压器励磁涌流的识别方法

郑州供电公司 李 蒙 张 慧

变压器励磁涌流的识别方法

郑州供电公司 李 蒙 张 慧

电力变压器在空载投入电网或外部故障切除后电压恢复时，由于变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料的非线性特征，会产生相当大的励磁电流，称为励磁涌流。电力变压器是电力系统中重要的设备，纵差保护作为变压器的主保护之一在识别励磁涌流和内部故障电流时经常出现拒动和误动的现象，因此，正确识别励磁涌流和故障电流仍是变压器差动保护的重要课题之一。按照判别励磁涌流所用信号特征，目前传统的识别励磁涌流的方法有波形特征识别法和谐波含量识别法。

一、波形特征识别法

波形特征识别法就是根据变压器在励磁涌流和内部故障时差流波形所具有的不同特征来区分是内部故障还是励磁涌流的方法。主要有两种：一种是广为大家所熟悉的间断角原理。另一种是差动电流峰-峰间距判别法。

1.间断角原理。由对励磁涌流的分析知，励磁涌流的波形中会出现间断角，而变压器内部故障时流入继电器的稳态差电流是正弦波，不会出现间断角。间断角鉴别原理就是利用这个特征鉴别励磁涌流和故障电流，即通过检测差电流波形是否存在间断角，当间断角大于整定值时将差动保护闭锁。但在用间断角原理来实现微机变压器保护时可能会遇到一些问题。分析表明为准确地进行间断角大小的判别，需要较高的采样率，这样留给微机的故障处理时间就极其有限。同时，为提高灵敏度，可能需要分辨率更高的16倍A/D。此时，硬件的复杂性和成本都将提高。

该原理的模拟式保护装置已得到应用，但面临着因电流互感器传变引起的间断角变形问题。当电流互感器饱和时，在涌流的间断角区域将产生反向电流，电流互感器饱和越严重则反向电流越大，最终使得涌流间断角消失。对于内部故障电流而言，电流互感器饱和将导致差流的间断角增大，而且电流互感器饱和越严重，其差流间断角越大。前者将使得变压器发生涌流时差动保护误动，后者将使得变压器内部故障时差动保护拒动。

2.差动电流峰-峰间距判别法。变压器保护中的差流可由如图1所示的3种典型波形表示。内部故障时电流互感器饱和，差流波形如图1（a）所示，相继的差流波峰间距约为1/2周波左右。励磁涌流峰-峰间距约为1/4周波和1个周波，如图1（b）、（c）。因此将差流峰-峰间距为1/2周波左右、前一个峰值是后一个峰值的75%～125%,而且符号相反的状态判为故障情况，将差流峰-峰间距为1/4或1周波判为励磁涌流。

从上面的介绍可以看出，该方法十分类似于间断角原理，这里用两个相继峰之间的时间差来区分内部故障和涌流。而间断角原理中的涌流间断角大小，实际上也是一个时间量。因此两者本质是相通的。

由于电力系统暂态过程的复杂性和非线性，仅用以上3种波形来表示显然是不全面的，而且如果直接用采样值来捕捉暂态过程中的峰值，则需要很高的采样率。

二、谐波含量鉴别法

谐波含量鉴别法，是通过电流或电压中谐波含量的多少来区分内部故障和励磁涌流。大体可以分为两种：一是利用二次谐波电流鉴别励磁涌流的方法。二是通过分析变压器端电压中的谐波分量而形成的电压制动式保护。

1.二次谐波电流鉴别涌流的方法。分析表明，励磁涌流中含有较大的二次谐波分量，通过计算差动电流中的二次谐波电流与基波电流的幅值之比可判别是否存在励磁涌流。当出现励磁涌流时应有：

式中，Id1和Id2分别为差流中基波和二次谐波电流模值，K是二次谐波制动比，可调整。

2.谐波电压鉴别励磁涌流的方法。其基本思想是：当变压器因励磁涌流出现严重饱和时，端电压会发生严重畸变，其中包含较大的谐波分量，可以用来鉴别励磁涌流，其原理如下。

如果变压器的三相电压满足：V1＞VTh或Tsum＞TTh时，判为励磁涌流，保护闭锁。式中，V1是变压器端电压的基波分量幅值；VTh和TTh分别为门坎值；T称为“MONITOR”，是为克服在涌流时端电压畸变引起电压V的下降导致保护动作。

电压制动原理能鉴别涌流，闭锁保护。对于大多数内部故障，其速动性比二次谐波制动原理好。但对于少数情况，特别是当电源阻抗非常小时，仍有制动作用，甚至可能拒动。

三、传统方法存在的问题及新方法的发展

间断角方法存在着当电流互感器饱和时，会导致间断角的消失，增加保护硬件的复杂性。随着电网电压等级的提高和规模的扩大以及变压器单机容量的增大，大型变压器内部严重故障时，由于谐振使短路电流中的二次谐波含量明显增加，有可能引起二次谐波制动的差动保护延时动作。

近年来，国内外学者研究了各种区分励磁涌流与内部故障电流的新方法，例如，以涌流波形特征为依据的波形对称原理，波形相关性分析法，波形叠加原理等。此外，还有磁通特性识别法，等值电路参数鉴别法，基于变压器回路方程的算法，然而这3种算法都需要知道变压器漏电感参数，其应用前景取决于理论上的进一步突破。