芻議變壓器繼電保護中勵磁涌流識別方法

高宇翔

（太原理工大學(xué) 山西太原 030024 國電電力大同第二發(fā)電廠 山西大同 037000）

芻議變壓器繼電保護中勵磁涌流識別方法

高宇翔

（太原理工大學(xué) 山西太原 030024 國電電力大同第二發(fā)電廠 山西大同 037000）

近年來，隨著我國經(jīng)濟發(fā)展水平的提高，人們生產(chǎn)生活中對于用電量的需求越來越大，因此，促進了電網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展，同時也使得電壓的等級不斷升高。而在電力系統(tǒng)中，作為重要的傳能變壓設(shè)備，變壓器的安全穩(wěn)定運行具有十分重要的現(xiàn)實意義。變壓器繼電保護過程中產(chǎn)生的勵磁涌流會流入到變壓器縱差保護的差動回路中，從而極易引發(fā)縱差保護誤動作的發(fā)生，因此，做好勵磁涌流的識別工作十分重要。本文首先對勵磁涌流進行了一定的分析，并在此基礎(chǔ)上，對其識別方法進行了一定的探究。

變壓器；繼電保護；勵磁涌流；識別方法

1 引言

對于電力系統(tǒng)來說，作為變壓器的主保護，變壓器差動保護對其安全穩(wěn)定運行有著十分重要的關(guān)系。相關(guān)數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計表明，目前，變壓器差動保護的正確率普遍不高，這主要是因為差動保護在對勵磁涌動進行識別的過程中，極易引起誤動的問題，對于勵磁涌動與內(nèi)部電流故障很難準(zhǔn)確地區(qū)分開來。由于傳統(tǒng)的差動保護方法存在著原理性的缺陷，面臨著一定的問題，因此，對變壓器繼電保護中勵磁涌流識別方法進行研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2 對勵磁涌流的分析

從根本上來說，變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生主要是由于變壓器的鐵芯飽和造成的。在對變壓器施加電壓時，如果發(fā)生異常變動，鐵芯飽和勵磁電流的波形就會發(fā)生變化，而鐵芯的飽和程度能夠在很大程度上影響到波形的變化程度，通常來說，鐵芯飽和程度越高，電流波形的畸變就會越嚴(yán)重，由此可見，勵磁涌流與鐵芯飽和程度有著十分重要的關(guān)系。以下主要從三個方面來分析勵磁涌流：

2.1 穩(wěn)態(tài)時變壓器的勵磁電流

變壓器在穩(wěn)態(tài)工作的過程中，一般情況下，交流回路里的磁通往往比外加電壓之后大90°，建立的磁場也是比較穩(wěn)定的。該種情況下，勵磁電流很小，不會高出額定電流的2～10%。

2.2 合閘瞬間電壓為最大值時的磁通變化

在交流電路中，電壓與磁通相比，前者與后者相比總是高90°的相位角，因此，在進行合閘的瞬間，如果電壓正好達到最大值，此時，磁通的瞬間值恰好為0。也就是說，起初，在鐵芯中的磁通就比較穩(wěn)定，因此，在這種情況下，變壓器是不會產(chǎn)生勵磁電流的。

2.3 合閘瞬間電壓為零值時的磁通變化

在進行合閘的一瞬間，電壓值為0時，從理論上來說，鐵芯中建立的磁通為最大值，但是，由于磁通不能突然發(fā)生變化，因此，在這一瞬間，磁通仍然為0，所以，鐵芯中就會出現(xiàn)一個非周期分量的幅值為φm的磁通出現(xiàn)。在這種情況下，將兩個磁通加起來，其值的大小就是鐵芯中的總磁通的值。起初，鐵芯中的磁通為0，在T/2的時候，最大值為兩個磁通的和，鐵芯中的磁通開始為0，到T/2時，兩個磁通相加達到最大值，φ波形的幅值比φ1波形大兩倍，因此，在合閘的時候最為嚴(yán)重的情況就是電壓的瞬時值為0。雖然對合閘的時機很難判定，但是，其往往是徘徊在上述兩種情況之間。

3 變壓器繼電保護中勵磁涌流識別方法

3.1 二次諧波法

3.1.1 諧波電流法

在應(yīng)用該方法對勵磁涌流進行識別的基礎(chǔ)條件就是，在勵磁涌流出現(xiàn)時，差動電流中所含的二次諧波分量比故障電流中的二次諧波分量要大。基波與其他諧波分量的提取由于微機保護的使用而變得更加簡便，例如，對余弦關(guān)系、正交變換、最大方差法、卡爾曼濾波技術(shù)、Walsh函數(shù)等進行應(yīng)用，變壓器差動保護誤動現(xiàn)象的限制與阻斷可以通過對2次和5次諧波分量的實時利用來實現(xiàn)，因而，在很多變壓器差動保護中，變壓器故障電流與勵磁涌流的鑒別可以通過應(yīng)用諧波分析法來進行。但是，涌流是一種暫態(tài)的電流，而且隨著時間的延續(xù)，二次諧波分量會逐漸減少，也難以使用富里葉級數(shù)的周期延拓，所以，在對其進行整定的過程中，很難對制動比進行選擇，并保證其科學(xué)合理性。此外，由于現(xiàn)代大容量變壓器的廣泛應(yīng)用，這種方法會使得變壓器勵磁涌流中二次諧波的含量偏低，在遠距離輸電的條件下，如果出現(xiàn)內(nèi)部的故障，也會產(chǎn)生較大的二次諧波分量，而且故障電流中二次諧波分量的幅值與勵磁涌流中二次諧波分量的幅值非常接近甚至是比后者大，因此，會在一定程度上使二次諧波限制的差動保護出現(xiàn)失效的問題。

3.1.2 諧波電壓法

如果變壓器產(chǎn)生勵磁涌流的時候，會使得變壓器的端電壓產(chǎn)生畸變，該方法就是利用電壓畸變波形當(dāng)中所包含的諧波分量來對勵磁涌流進行辨識。該方法的理論是，跟二次諧波制動相比較，諧波電壓對LC振蕩不夠敏感，因此可以用來改進二次諧波制定的一些缺陷，而且動作速度比較快。該方法不但會由于跟系統(tǒng)阻抗的關(guān)聯(lián)太強而很難整定之外，還會因為現(xiàn)代風(fēng)力、太陽能發(fā)電系統(tǒng)與另外因素當(dāng)中或許會產(chǎn)生的一些不確定諧波而引起判別失誤，其運用的普遍性也會受到一定的約束。

3.2 間斷角原理

間斷角的判斷原理為，因為勵磁涌流波形當(dāng)中存在比較大的波形間隔，可以結(jié)合波形間斷對應(yīng)的角度當(dāng)作評判依據(jù)。研究人員還提供了波形間斷角特點與模糊貼近度理論相融合的方法來實現(xiàn)涌流的判斷。跟二次諧波制動理論相比較，間斷角原理運用了勵磁涌流顯著的波形特點，基本上可以區(qū)分勵磁涌流與內(nèi)部的故障電流。但是存在CT的飽和式間斷角的消失或者變化，內(nèi)部的故障也使得CT飽和使間斷角增大等問題。除此之外，如果變壓器的飽和磁密比較低的時候，在剩磁以及合鬧角符合一定的條件之下，不但三相勵磁涌流當(dāng)中的二次諧波的含量可能會比較小，并且對應(yīng)的間斷角也比較小，這個時候不管是采取二次諧波制動還是采取按相制動的間斷角理論，變壓器的縱差保護都沒有辦法防止誤動作。

3.3 波形對稱原理

結(jié)合電流的波形進行探討來辨識勵磁涌流與內(nèi)部的故障電流，就是首先把流入到繼電器當(dāng)中的差流進行微分，對微分之后的前半波與后半波進行對比，因為勵磁涌流的波形當(dāng)中有間斷角，導(dǎo)致勵磁涌流在一個周波波形的前半周與后半周產(chǎn)生一定的不對稱，因此可以當(dāng)作識別的另一種方式。在該基礎(chǔ)上還能夠衍生出波形相關(guān)性分析方法、波形擬合法等等，其基本理論大體是一樣的，幾乎都是屬于間斷角理論的推廣。該種方式用在判斷內(nèi)部的故障具備一定的精準(zhǔn)度，但是涌流與很多因素有關(guān)，具備很多不確定性與多樣性，如果閥值K取值太大，或是受到高次諧波以及干擾的影響或許就會引起誤動。該方式的另一個劣勢就是不容易識別沒有進入飽和區(qū)域的涌流，在這個時候的合鬧角下每相都可能產(chǎn)生對稱涌流的狀況。

3.4 磁通特性識別法

（1）磁通性質(zhì)的判據(jù)：運用差流跟磁通間的磁通關(guān)系辨識變壓器當(dāng)中的故障和勵磁涌流。在變壓器產(chǎn)生勵磁涌流的時候，磁通-差流回線就是空載磁滯回線，但是在內(nèi)部產(chǎn)生問題的時候，磁通差流就會偏出磁滯回線，而且問題越嚴(yán)重，偏離也越來越大。

（2）主磁的通差判據(jù)：如果出現(xiàn)內(nèi)部繞組短路問題的時候，就等同于阻數(shù)減少，主磁通的幅值就會有所增大，此判據(jù)就是結(jié)合正常主磁通跟故障主磁通的差值判別能否產(chǎn)生故障或者勵磁涌流。因為磁通是電壓的積分，對噪聲是不敏感的，但是漏感與繞組電阻的改變會對判據(jù)的精準(zhǔn)度差生影響。

（3）磁通軌跡法：采用實測電壓與電流計算變壓器主磁通的軌跡，并且應(yīng)用此軌跡特征來明確是否是勵磁涌流。當(dāng)磁通軌跡進到飽和區(qū)的時候就認(rèn)作是勵磁涌流，沒有進到飽和區(qū)的時候就認(rèn)作是故障電流。但是它的理論是采用磁通跟差流坐標(biāo)軌跡所形成的斜率進行評價，并且開展了近似的處理方法，所以精準(zhǔn)度有一定的問題。

4 結(jié)語

本文對變壓器勵磁涌流的識別方法進行一定的分析與概述，從總體上來說，每種方法都有其各自的特點，也存在著不同程度上的缺陷，難以與工程的實際需要相滿足。因此，應(yīng)該將各種方法科學(xué)地結(jié)合起來，并進行智能化的判斷。隨著智能理論的不斷發(fā)展以及硬件水平的不斷提升，更加有效地識別方法將會出現(xiàn)，并得到廣泛的應(yīng)用。

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[2]焦在濱，馬濤，屈亞軍，等.基于勵磁電感參數(shù)識別的快速變壓器保護[J].中國電機工程學(xué)報，2014（10）.

[3]嚴(yán)屹宏，陳劍云.基于小波分析的變壓器勵磁涌流和內(nèi)部故障電流識別[J].高壓電器，2010（12）.

TM407

A

1004-7344（2016）05-0098-02

2016-2-2

高宇翔（1986-），男，助理工程師，大學(xué)本科，畢業(yè)于山西大學(xué)工程學(xué)院，電氣工程及其自動化專業(yè)，主要從事繼電保護工作。