變壓器恢復性涌流對差動保護影響的研究

四川川投田灣河開發有限責任公司 李 歡

隨著電力事業的發展，超高壓輸電線路在我國的建設越來越普遍，大容量超高壓的大型電力變壓器的應用也隨之擴大。電力變壓器在電力系統中位置變得越來越重要，這就要求變壓器保護要能更可靠、快速、靈敏的反映故障，保證電力系統安全、穩定的運行。但是變壓器保護的發展遠遠落后于系統發展的速度。據統計，目前變壓器保護動作正確率普遍不高，且有時候外部故障切除后變壓器會出現一些原因不明的誤動，是由于恢復性涌流還是其他原因引起的保護誤動，至今仍沒有一個統一的結論。因此對這一個過程進行研究，防止變壓器保護誤動，具有較大的理論和工程應用價值。

1.勵磁涌流引起變壓器差動保護誤動

變壓器勵磁涌流的特點是正常運行情況下其值很小，一般不超過變壓器額定電流的3%-5%，變壓器工作在磁通的線性段OS，如圖1。鐵芯未飽和，其相對導磁率μ很大，變壓器繞組的勵磁電感也很大。當發生外部短路時，由于電壓下降，勵磁電流更小，因此這些情況下對勵磁電流的影響一般可以不考慮。

圖1 Φ=f(I)和u=f(I)的關系曲線

圖2 兩段折線式比例制動

當變壓器空投或故障切除后電壓恢復時，由于變壓器鐵心中的磁通急劇增大，使鐵心瞬間飽和，相對導磁率接近1，變壓器繞組電感降低，伴隨出現數值很大的勵磁涌流，包含有很大成分的非周期分量和高次諧波分量，并以二次諧波為主，其數值可以達到額定電流的6～8倍以上，出現尖頂形狀的勵磁涌流，在起始瞬間勵磁涌流衰減很快，對于一般中小型變壓器，經0.5～1s后，其值不超過額定電流的0.25～0.5倍，大型變壓器勵磁涌流的衰減速度較慢，衰減到上述值要2～3s，既變壓器的容量越大衰減越慢，同時勵磁涌流波形出現間斷，有間斷角，此電流流入差動繼電器，可能引起保護裝置誤動。

浪涌電流和變壓器的激磁涌流一樣，只流過變壓器一側，在變壓器空投合閘或切除外部短路的電壓恢復過程中，全部激磁涌流都將流入差動回路，勢必造成變壓器差動保護的誤動作。且在一臺變壓器產生激磁涌流的同時，與其并聯運行的變壓器中還會產生浪涌電流，浪涌電流也將全部流入差動回路，造成變壓器差動保護誤動作。

可以通過以下措施來判別勵磁涌流：

①采用具有速飽和鐵芯的差動繼電器，②鑒別短路電流和勵磁涌流的波形，③利用二次諧波制動，制動比一般為15%～20%，④用波形對稱原理的差動繼電器。其中①主要適用于常規電磁繼電器式差動保護；②和④主要用于微機變壓器保護，但對硬件的要求比較高，通過鑒別波形特征能夠實現，這是最根本的解決勵磁涌流問題的辦法。另外，在主變差動保護所用電流互感器選擇時，除應選帶有氣隙的D級鐵芯互感器外，還應適當地增大電流互感器變比，以降低短路電流倍數，這樣可以有效削弱勵磁涌流，減少差動回路中產生的不平衡電流，提高差動保護的靈敏度。這對避免保護區外故障，尤其是最嚴重的三相金屬性短路而導致的主變差動保護誤動作尤為有效。

2.區外故障引起的差動保護誤動

區外故障產生差流的原因主要有：變壓器正常運行時各側的額定電流不一致；當變壓器一側帶有分節頭調節時，電壓發生變化產生不平衡電流；電流互感器(TA)本身存在誤差；TA不同型號引起的誤差；諧波和非周期分量對不同型號TA的影響；不同類型的負載致使各側電流相位發生偏差。

基于上述因素的考慮，在整定變壓器的差動定值時要排除這些不平衡分量的綜合影響，其動作電流一般在(0.3～0.5)In(In為額定電流)。當變壓器發生嚴重的區外故障，兩側會產生更大的差流，在下列情況下可能超過差動門檻值：

(1)短路電流較大，各側互感器型號不一致，特別是短路電流大的一側使用P級互感器(不帶暫態特性的電流互感器)，而短路電流小的一側使用TPY級互感器(帶暫態特性的電流互感器)；

(2)短路電流中含有較大的非周期分量和諧波分量；

(3)故障切除瞬間，由于剩磁的存在，電壓恢復時產生大小不等的恢復性涌流；

(4)特殊性負載如容性或感性負載存在，致使各側短路電流相位發生偏移，產生更大的差流。

多次事故表明，變壓器發生區外故障，在發生區外故障的時間段，差動保護一般不會誤動，在切除故障的瞬差動保護反而誤動，根據對幾例典型事故的錄波分析，發現保護動作點均落在差動比例制動曲線(兩段折線比例制動)無制動特性的水平線上第一拐點以內，即差流大于門檻值，制動電流小于第一拐點電流(拐點電流為(0.9～1.0)In)，如圖2所示C點(圖2中Id為差動電流，Ir為制動電流；K1，K2，K3為比例系數)。

對現場錄波數據分析和動模試驗仿真，均可知此種情況下保護動作存在必然性。故障時，短路電流比較大，含有非周期分量和諧波分量，故障期間產生的不平衡分量較大(可能大于差動動作門檻值)，但制動電流較大，動作點落在非動作區，如圖2所示B點。在切除故障的瞬間，兩側TA的暫態分量衰減程度不一樣，此時差流仍然比較大，而制動電流減小，動作點移動到如圖2所示的C點，

差動保護誤動，按此原理設置的比例制動曲線保護不能制動。

為了防止區外故障差動保護誤動，可以從以下幾個方面著手：

①在進行繼電保護定值計算時，保護定值不宜過低，一般整定在0.4In或以上；②兩側TA盡量選用同一型號的，可以同為P級或TPY級互感器，使用TPY級互感器效果較好；③提高硬件的采樣精度和計算準確度；④設置先進的新原理保護。由于我國多數地方的電力系統站用TA均采用的是P級，有的地方在高壓側采用TPY級，低壓側采用P級，嚴重影響兩側TA的不平衡性。保護定值要求整定在(0.3～0.5)In極個別地方整定在0.2In，定值門檻太低。

隨著計算機水平的發展，保護裝置硬件水平不斷的提高，多種原理的綜合運用，采樣精度和計算準確度也在提高。除此之外，也可以從編制的軟件著手，來防止區外故障切除時對保護造成的誤動

3.結束語

近年來，微機保護裝置的應用日益廣泛，但是變壓器主保護的誤動原因仍是多方面的。本文僅給找不到變壓器差動保護誤動原因的技術人員提供一些思路，我們只有在安裝調試過程中把每一環節工作做細，按照檢驗條例和有關規程規定，嚴把整組試驗關，積極采取相應措施，是可以提高變壓器差動保護的可靠性的，或者完全可以避免主變在運行中差動保護的誤動作。

[1]林湘寧,劉沛.變壓器外部故障切除后差動保護誤動的機理分析[J].電力系統自動化,2009,27(19).

[2]劉中平.變壓器外部故障切除后恢復性涌流的研究[J].電力系統自動化,2009,29(8).