涌流间相互作用对空投变过流保护的影响

孟潞

(天津市电力供电公司，天津 300010)

涌流间相互作用对空投变过流保护的影响

孟潞

(天津市电力供电公司，天津 300010)

分析了涌流间相互作用对励磁涌流衰减速度的影响，通过分析发现，由于和应涌流和励磁涌流的相互作用，致使空投变的励磁涌流衰减速度变慢，可能会导致了后备过流保护的误动。进一步的提出了应对措施。大量的仿真实验验证了结论的正确性。

励磁涌流；和应涌流；变压器；过流保护

0 前言

差动保护是变压器内部故障的主保护。励磁涌流和故障电流的正确识别是变压器差动保护亟需解决的关键问题[1-9]。随着我国输电容量的不断增加，多台变压器同时运行已经成为常态，出现了变压器差动保护误动的新情况，这就是和应涌流现象。和应涌流对变压器保护的影响已经成为研究的热点问题。相关学者对有关和应涌流形成的机理，防范措施等进行了卓有成效的研究[10-13]。但以往的研究大多集中在和应涌流对运行变的影响上面，而对空投变保护的影响研究却很少。

文中详细分析了涌流间的相互作用机理，指出励磁涌流与和应涌流相互作用能导致励磁涌流的衰减速度变慢，因此可能导致空投变后备保护过流保护的误动，并针对这一问题提出了相应的解决措施。大量的仿真实验验证了结论的正确性。

1 涌流间相互作用机理分析

假设空投变为变压器T1，运行变#1和#2等效为变压器T2，两台等效变压器并联连接。为了方便分析，假设变压器T2不带负荷，其简化等效电路如图1所示。

图1 和应涌流简化等效电路模型

其中，is为系统侧电流，i1和i2分别为流过变压器T1和T2的励磁电流，Rs、Ls为系统侧等效电阻和电感，R1和L1分别为T1的等效电阻和电感，R2和L2分别为T2的等效电阻和等效电感。文献 [14]详细推导了和应涌流产生的机理，在此就不再累述，只给出等效变压器TI和T2在一个周期内磁链的变化方程：

其中i1f表示电流i1在一个周波内非周期分量的平均值。从上式可以看出，T1的合闸涌流不仅自身的磁链有衰减，而且由于系统电阻Rs的存在，该衰减的涌流在T2上产生了偏磁，这也是T2产生和应涌流的根本原因。假设T1的励磁涌流i1是偏向于时间轴正侧的 (同理可假设为偏于时间轴负侧，不影响分析结果)，可以看到随着T1磁链的减少，T2的磁链反相增加，在T2未达到饱和前，i2≈0。在T2产生和应涌流之后，i2逐渐增大，此时的情况开始变得复杂。结合图2说明之后的励磁涌流的变化过程。

图2 励磁涌流与和应涌流示意图

由于两台变压器i1和i2极性相反，设i1为正极性，则i2为负极性，此时因此和应涌流产生后两变压器的磁链变化为：

比较 Δφ1'、Δφ2'与 Δφ1、Δφ2，得＜Δφ2可知产生和应涌流之后，T1磁链衰减的速度减缓，同时T2磁链反相增加的速度也减缓，当Δφ2'=0，即i2=时，φ2反向增加到最大值，开始衰减。由于Rs＞＞R2，可近似看作i1=i2，这使得和电流is迅速减小到零附近，Rs所起的衰减作用几乎消失，使得两台变压器只能靠各自的R1和R2来衰减偏磁，每个周期偏磁的衰减为：

由于R1和R2的值比较小，因此，涌流的衰减速度要比单个变压器发生涌流时要缓慢得多。特别的，通过 (1)、 (3)、 (5)的比较可以看出，空投变产生励磁涌流，励磁涌流的衰减速度会大为降低，这对空投变的保护产生不利的影响。

2 对空投变保护的影响

和应涌流和励磁涌流相互作用，导致了空投变T1的磁通变化减慢，进而导致了励磁涌流衰减速度变缓。后备过流保护由于空投变的电流衰减较慢，导致了空投变在一段延时后其电流幅值仍然超过了后备电流保护的定值，进而导致了过流保护的误动作。对于空投变主保护差动保护而言，由于微机保护一般都采用了二次谐波制动环节，所以一般不会导致主保护误动。

由于空投变后备保护误动是由于涌流间的相互作用引起的，那么要使后备过流保护不误动，就要减少涌流间的相互作用，具体可以采取如下措施：

1)可以在空投变压器时，把运行变的中性点暂时不接地，这样就使得空投变和运行变的零序回路断开，铁芯饱和程度轻，和应涌流较小。因此涌流间的相互作用减弱，导致励磁涌流衰减速度加快。

2)还有方法指出，通过加强变电站与系统的联系，也可以减少和应涌流的幅值，这样也就减小了涌流间的相互作用。下面就涌流间相互作用对励磁涌流的影响和相关解决措施进行仿真验证。

3 仿真验证

利用MATLAB搭建了两台并联变压器T1和T2，其中T1是空投变，T2是运行变。两台变压器的参数相同：额定容量180 MVA；变压器变比为220/110；变压器两侧绕组的漏抗均为0.08 Pu，变压器的剩磁为 [-0.8，0，0.8]，空投变压器在0.25 s空投。本次仿真分析包括两部分内容：

1)仿真验证和应涌流对励磁涌流衰减速度的影响；

2)对可能采取的防范措施进行仿真分析。

3.1 和应涌流对励磁涌流衰减速度影响

图3表示的是和应涌流对励磁涌流衰减速度的影响情况。图3上方的仿真图表示的是存在和应涌流时励磁涌流的变化情况；下方的仿真图表示的是只有空投变，没有运行变时励磁涌流的变化情况。

图3 和应涌流对励磁涌流衰减的影响

通过图3可以明显的看出，由于和应涌流的影响，励磁涌流的衰减速度明显减缓。本文对空投变在不同的合闸时间和剩磁的情况下进行了大量的仿真实验。试验证明：和应涌流与励磁涌流之间的相互作用使励磁涌流的衰减速度变慢。

3.2 改变运行变的中性点接地方式

图4表示的是改变运行变中性点接地方式对励磁涌流的影响情况。通过图4可以看出 (实线表示的是中性点不接地，虚线表示的是中性点直接接地)，由于将运行变中性点不接地，断开了空投变和运行变的零序通路，使得励磁涌流衰减速度明显加快。

图4 运行变中性点接地方式对励磁涌流的影响

3.3 加强变电站与系统侧的联系

理论上讲，加强变电站与系统侧的联系，能减少和应涌流的幅值，这样涌流间的相互作用会被削弱。但是为了使和应涌流的幅值减少，就要减少系统侧的电阻，而这无疑增大了励磁涌流的衰减速度。因此加强与系统侧的联系产生了两方面的影响：一是减少和应涌流能够使得励磁涌流的衰减速度加快；二是减少系统侧电阻能够使得励磁涌流的衰减速度减慢。因此总体衰减速度不能够很好的确定。而且系统侧阻抗的减小，往往会引起励磁涌流幅值的增大。所以该方法不适合解决空投变后备保护误动的问题。仿真图如图5所示，实线表示的是强系统联系；虚线表示的是弱系统联系。

图5 变电站与系统联系强弱对励磁涌流的影响

综上所述，比较有效的解决措施就是改变运行变中性点接地方式，这样既能有效的抑制励磁涌流的幅值，也能加快涌流的衰减速度，进而避免空投变后备保护的误动。

4 结束语

通过对涌流间的相互作用的分析发现，和应涌流不仅会对运行变产生不利的影响，也会对空投变产生不利的影响，容易引起空投变后备过流保护的误动。当空投变压器时暂时断开运行变的中性点能起到很好的预防效果。需要指出的是，这类误动事故的原因具有隐蔽性，不易被发现。因此这种现象值得引起注意。

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Research on the Influence of Interaction Between Sympathetic Inrush and Inrush Current on No-load Transformer Over Current Protection And The Countermeasures

MENG Lu
(State Grid TianJin Electric Power Company，Tianjin 300010，China)

The principle of interaction between sympathetic inrush and magnetizing inrush is analyzed in detail.Through the analysis，it is found that the interaction between sympathetic inrush and the inrush current can low the decay velocity of magnetizing inrush significantly，and may cause the mis-operation of backup protection of the no-load transformer.Furthermore，the countermeasures are put forward.A large number of MATLAB simulations prove the method to be reasonable.

inrush current；sympathetic inrush；power transformer；over current protection

TM40

B

1006-7345(2014)06-0048-03

2014-07-18

孟潞 (1990)，女，助理工程师，天津市供电公司，从事电力系统保护与控制 (e-mail)shen198806＠126.com。