变压器差动保护励磁涌流分析
(包头供电局 修试所，内蒙古 包头 014030) 摘 要：文章分析了变压器励磁涌流产生的原因、励磁涌 流的特点、对差动保护的影响，针对目前采用的几种励磁涌流制动差动保护的方案进行了比 较、分析，提出了一种改进的制动方案 。
关键词：变压器；差动保护；励磁涌流；二次谐波制动
中图分类号：TM401 文献标识码：B 文章编 号：1007—6921(XX)15—0118—03 1 引言
随着现代电网输电电压的不断提高，输电距离和输电容量的不断增大，大容量变压器的应用 日益广泛，对变压器保护的可靠性和速动性提出了更高的要求。无论是常规保护，还是微机 保护，励磁涌流判别一直是变压器差动保护中的关键问题。本文分析了励磁涌流的产生原因 和特点，比较了目前采用的几种励磁涌流闭锁差动保护的原理，着重论述了变压器空投于故 障时励磁涌流对差动保护动作影响。
2 励磁涌流产生的原因和特点
变压器励磁涌流的产生根源是：变压器一侧的电压突然
增大，电压突变量与剩磁同 相叠加造成变压器铁芯饱和所引起的。变压器空载合闸时，合闸侧电压突然升高，外部故障 切除后，切除故障侧电压突然升高，这两种情况下均可能出现很大的励磁涌流。具体过程为 ：在稳态工作情况下，变压器铁芯中的磁通应滞后于外加电压90°，如果空载合闸时，正好 在电压瞬时值u=0时接通电路，则铁芯中应该具有磁通-фm。但是由于铁芯中的磁通不能突 变，因此将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为+фm。这样在经过半个周期后，铁芯中的 磁通就达到2фm。如果铁芯中还有剩余磁通фs,则总磁通将为2фm +фs。此时变压器的铁 芯严重饱和，励磁电流将剧烈增大，最大可达额定电流的6∽8倍。这种励磁电流就称为变压 器的励磁涌流。
740)this.width=740\ 励磁涌流的大小和衰减时间，与外加电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量的大 小、回路的阻抗以及变压器容量的大小和铁心的性质等都有关系。例如，正好在电压瞬时值 为最大时合闸，就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。对三相变压器而言，无论 在任何瞬间合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。 740)this.width=740\
励磁涌流中，含有大量高次谐波和非周期分量，除基波和非周期分量外，高次谐波电流以二 次谐波为最大。二次
谐波电流是变压器励磁涌流最明显的特征，因为在其他工况下很少有偶 次谐波发生。图1为变压器典型的励磁涌流一次波形，图2为变压器典型的单相短路故障电流 ，比较可知，励磁涌流的一次波形具有明显的间断角，这也是涌流的一个显著特点。
3 变压器差动保护防止励磁涌流误动的措施 励磁涌流幅值大，可以与短路电流相比拟，变压器差动保护如果不采取一些措施来躲过励磁 涌流的话，就有可能误动。防止涌流误动，最主要的的是如何识别涌流、利用涌流中的一些 特性来构成差动保护的闭锁条件，所以找到准确、可靠的闭锁判据是最关键的问题。
目前国外常采用利用涌流中的二次谐波来构成差动保护的闭锁或制动条件，国内的变压器保 护也以二次谐波制动为主，除此之外，还有利用识别涌流中的间断角来闭锁差动保护。近年 来又有一些新的措施，例如通过识别涌流波形的对称性来实现闭锁差动保护、基于变压器磁 通特性或基于智能理论如人工神经网络来识别涌流并闭锁差动保护等。本文简要介绍一下我 国常采用的二次谐波制动原理和间断角原理。
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间断角原理就是利用短路电流波形连续变化，而励磁涌流波形具有明显的间断角特征作为鉴 别涌流的判据。该方
法虽然简单直接，但是以精确测量间断角为基础的，而间断角的测量必 须考虑CT传变对励磁涌流的影响，尤其是CT饱和后对二次电流波形的影响。图3为CT饱和后 二次侧励磁涌流的波形，可见CT饱和后，经过CT传变的二次侧涌流间断角会发生畸变，甚至 消失。所以必须采取措施来恢复间断角，这增加了保护硬件的复杂性，同时还受到采样率、 采样精度的影响及硬件的限制，因此这种原理在变压器差动保护中的应用效果曾不十分理想 。但是随着人们在这方面的研究的深入细致和进行了大量的试验工作，有一些新的恢复间断 角的算法被提出来，如积分法、分段函数法恢复间断角等，改进后应用效果还比较理想。
现代大型变压器铁芯多采用冷轧硅钢片，Bs/Be比较小，而剩磁可能较大，使进入差动继电 器的某一相涌流的二次谐波成分将非常小，但是另外两相或一相将超过20%。因此，国内外 常采用二次谐波构成差动保护的闭锁条件来防止涌流误动。二次谐波制动目前也有几种方案 ，最常用的是三相“或”的闭锁方式，只要判断出一相差流中的二次谐波的含量满足涌流制 动的条件，即闭锁三相，使保护不能出口。这种原理的保护在现场应用的效果还是比较理想 ，基本能够有效的区别变压器真正故障和空载合闸或外部故障切除后电压恢复时的涌流。
涌流中的三次谐波成分也比较大，仅次于二次谐波，但
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