变压器恢复性涌流对差动保护影响的研究

四川川投田湾河开发有限责任公司 李 欢

随着电力事业的发展，超高压输电线路在我国的建设越来越普遍，大容量超高压的大型电力变压器的应用也随之扩大。电力变压器在电力系统中位置变得越来越重要，这就要求变压器保护要能更可靠、快速、灵敏的反映故障，保证电力系统安全、稳定的运行。但是变压器保护的发展远远落后于系统发展的速度。据统计，目前变压器保护动作正确率普遍不高，且有时候外部故障切除后变压器会出现一些原因不明的误动，是由于恢复性涌流还是其他原因引起的保护误动，至今仍没有一个统一的结论。因此对这一个过程进行研究，防止变压器保护误动，具有较大的理论和工程应用价值。

1.励磁涌流引起变压器差动保护误动

变压器励磁涌流的特点是正常运行情况下其值很小，一般不超过变压器额定电流的3%-5%，变压器工作在磁通的线性段OS，如图1。铁芯未饱和，其相对导磁率μ很大，变压器绕组的励磁电感也很大。当发生外部短路时，由于电压下降，励磁电流更小，因此这些情况下对励磁电流的影响一般可以不考虑。

图1 Φ=f(I)和u=f(I)的关系曲线

图2 两段折线式比例制动

当变压器空投或故障切除后电压恢复时，由于变压器铁心中的磁通急剧增大，使铁心瞬间饱和，相对导磁率接近1，变压器绕组电感降低，伴随出现数值很大的励磁涌流，包含有很大成分的非周期分量和高次谐波分量，并以二次谐波为主，其数值可以达到额定电流的6～8倍以上，出现尖顶形状的励磁涌流，在起始瞬间励磁涌流衰减很快，对于一般中小型变压器，经0.5～1s后，其值不超过额定电流的0.25～0.5倍，大型变压器励磁涌流的衰减速度较慢，衰减到上述值要2～3s，既变压器的容量越大衰减越慢，同时励磁涌流波形出现间断，有间断角，此电流流入差动继电器，可能引起保护装置误动。

浪涌电流和变压器的激磁涌流一样，只流过变压器一侧，在变压器空投合闸或切除外部短路的电压恢复过程中，全部激磁涌流都将流入差动回路，势必造成变压器差动保护的误动作。且在一台变压器产生激磁涌流的同时，与其并联运行的变压器中还会产生浪涌电流，浪涌电流也将全部流入差动回路，造成变压器差动保护误动作。

可以通过以下措施来判别励磁涌流：

①采用具有速饱和铁芯的差动继电器，②鉴别短路电流和励磁涌流的波形，③利用二次谐波制动，制动比一般为15%～20%，④用波形对称原理的差动继电器。其中①主要适用于常规电磁继电器式差动保护；②和④主要用于微机变压器保护，但对硬件的要求比较高，通过鉴别波形特征能够实现，这是最根本的解决励磁涌流问题的办法。另外，在主变差动保护所用电流互感器选择时，除应选带有气隙的D级铁芯互感器外，还应适当地增大电流互感器变比，以降低短路电流倍数，这样可以有效削弱励磁涌流，减少差动回路中产生的不平衡电流，提高差动保护的灵敏度。这对避免保护区外故障，尤其是最严重的三相金属性短路而导致的主变差动保护误动作尤为有效。

2.区外故障引起的差动保护误动

区外故障产生差流的原因主要有：变压器正常运行时各侧的额定电流不一致；当变压器一侧带有分节头调节时，电压发生变化产生不平衡电流；电流互感器(TA)本身存在误差；TA不同型号引起的误差；谐波和非周期分量对不同型号TA的影响；不同类型的负载致使各侧电流相位发生偏差。

基于上述因素的考虑，在整定变压器的差动定值时要排除这些不平衡分量的综合影响，其动作电流一般在(0.3～0.5)In(In为额定电流)。当变压器发生严重的区外故障，两侧会产生更大的差流，在下列情况下可能超过差动门槛值：

(1)短路电流较大，各侧互感器型号不一致，特别是短路电流大的一侧使用P级互感器(不带暂态特性的电流互感器)，而短路电流小的一侧使用TPY级互感器(带暂态特性的电流互感器)；

(2)短路电流中含有较大的非周期分量和谐波分量；

(3)故障切除瞬间，由于剩磁的存在，电压恢复时产生大小不等的恢复性涌流；

(4)特殊性负载如容性或感性负载存在，致使各侧短路电流相位发生偏移，产生更大的差流。

多次事故表明，变压器发生区外故障，在发生区外故障的时间段，差动保护一般不会误动，在切除故障的瞬差动保护反而误动，根据对几例典型事故的录波分析，发现保护动作点均落在差动比例制动曲线(两段折线比例制动)无制动特性的水平线上第一拐点以内，即差流大于门槛值，制动电流小于第一拐点电流(拐点电流为(0.9～1.0)In)，如图2所示C点(图2中Id为差动电流，Ir为制动电流；K1，K2，K3为比例系数)。

对现场录波数据分析和动模试验仿真，均可知此种情况下保护动作存在必然性。故障时，短路电流比较大，含有非周期分量和谐波分量，故障期间产生的不平衡分量较大(可能大于差动动作门槛值)，但制动电流较大，动作点落在非动作区，如图2所示B点。在切除故障的瞬间，两侧TA的暂态分量衰减程度不一样，此时差流仍然比较大，而制动电流减小，动作点移动到如图2所示的C点，

差动保护误动，按此原理设置的比例制动曲线保护不能制动。

为了防止区外故障差动保护误动，可以从以下几个方面着手：

①在进行继电保护定值计算时，保护定值不宜过低，一般整定在0.4In或以上；②两侧TA尽量选用同一型号的，可以同为P级或TPY级互感器，使用TPY级互感器效果较好；③提高硬件的采样精度和计算准确度；④设置先进的新原理保护。由于我国多数地方的电力系统站用TA均采用的是P级，有的地方在高压侧采用TPY级，低压侧采用P级，严重影响两侧TA的不平衡性。保护定值要求整定在(0.3～0.5)In极个别地方整定在0.2In，定值门槛太低。

随着计算机水平的发展，保护装置硬件水平不断的提高，多种原理的综合运用，采样精度和计算准确度也在提高。除此之外，也可以从编制的软件着手，来防止区外故障切除时对保护造成的误动

3.结束语

近年来，微机保护装置的应用日益广泛，但是变压器主保护的误动原因仍是多方面的。本文仅给找不到变压器差动保护误动原因的技术人员提供一些思路，我们只有在安装调试过程中把每一环节工作做细，按照检验条例和有关规程规定，严把整组试验关，积极采取相应措施，是可以提高变压器差动保护的可靠性的，或者完全可以避免主变在运行中差动保护的误动作。

[1]林湘宁,刘沛.变压器外部故障切除后差动保护误动的机理分析[J].电力系统自动化,2009,27(19).

[2]刘中平.变压器外部故障切除后恢复性涌流的研究[J].电力系统自动化,2009,29(8).