關于變壓器和應涌流導致保護誤動的分析①

徐濟順

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.089

摘 要：當變電站內母線上接有兩臺或兩臺以上的變壓器時，如果其中一臺變壓器進行空載合閘，在空載合閘的變壓器中將出現勵磁涌流，與此同時，在與其并聯運行的中性點接地變壓器中也將出現和應涌流，危害變壓器，引起差動保護誤動，破壞電網穩定。本文將分析和應涌流產生的原因、影響和應涌流的因素并提出一些防范差動保護誤動的措施。

關鍵詞：變壓器 和應涌流 勵磁涌流

中圖分類號：TM772 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）10（c）-0089-02

在電力系統中，作為變壓器主保護的差動保護，時常出現一臺變壓器空載合閘操作過程中引起另一臺運行變壓器產生和應涌流造成運行變壓器差動保護誤動，而且還產生諧波過電壓危害變壓器。運行變壓器差動保護誤動一般發生在相鄰變壓器空載合閘完成一段時間以后，差動保護誤動的原因較為隱蔽，難以察覺。因此需對和應涌流進行深入研究，分析其產生的原因及特點，以提出有效的措施防止其對保護產生影響。

1 和應涌流產生的原因

系統接線圖如圖1，在圖2所示等值電路中，系統電源電壓為us，系統電阻為Rs，系統電感為Ls。T1變壓器原邊等效電阻為R1，等效電感為L1。T2變壓器原邊等效電阻為R2，等效電感為L2。其中is為流過系統的電流，i1為流過T1變壓器的電流，i2為流過T2變壓器的電流。

T2變壓器空載合閘時，T1變壓器已經勵磁，此時i1≈0，is=i2，電壓平衡方程：

（1）

其中Ψ1為T1變壓器回路磁鏈，在一個周期內對兩邊進行積分：

（2）

us（θ）為正弦電壓源，在一個周期內積分為零。i2為勵磁涌流，可知θ=0和θ=2π這兩個時刻處于勵磁涌流間斷期間，i2（0）≈i2（2π）≈0。由上式得：

（3）

從式（3）中可以看出T1磁鏈的變化主要是由于T2中的電流i2和系統電阻Rs決定的，T1磁鏈每個周期的增量 （4）

由于T2的勵磁涌流i2是偏向時間軸正側的，由式（4）可以看出，為負，T1磁鏈反向增加，在未達到飽和點時i1幾乎未零。隨著T1不斷積累負向磁鏈，在一段時間后將逐步飽和，從而產生和應涌流。隨著T1磁鏈不斷增加，和應涌流i1也越來越大。由于T1磁鏈是負向增加的，因此T2磁鏈正向飽和時，T1磁鏈是沒有達到飽和的，所以T1只會發生負向飽和，即i1與i2的方向相反并且在時間上交錯。

2 和應涌流的影響因素

和應涌流的產生及衰減過程受諸多方面因素的影響。通過以上的分析可知，系統電阻的大小影響和應涌流的產生和衰減都有影。影響的程度取決于系統電阻與變壓器電阻的比值。比值越大，將越容易產生和應涌流且和應涌流的衰減也越慢。在低壓系統中，由于系統阻抗較大，所以更容易產生和應涌流，而且和應涌流衰減得很慢。

線路電阻與系統電阻的作用基本相同。當系統與變壓器之間的線路較短時，線路電阻較小，將不利于和應涌流的產生。如果系統與變壓器之間的線路較長時，線路電阻較大，將有利于和應涌流的產生。但線路電阻較大時，線路壓降也必然較大，使得變壓器原邊電壓降低，變壓器磁鏈的穩態分量減小，即變壓器鐵芯工作點遠離飽和區，也將會降低和應涌流的大小。

變壓器空載合閘勵磁涌流的大小與變壓器剩磁大小有關，同樣變壓器空載合閘時不同剩磁對運行變壓器和應涌流也將產生影響。變壓器空載合閘時剩磁越大，空載合閘變壓器勵磁涌流將越大，同時運行變壓器和應涌流也將越大，并且和應涌流出現和達到最大值的速度也越快。

3 和應涌流的特點

通過以上的分析，和應涌流在空載合閘變壓器勵磁涌流產生一段時間后才出現。當空載合閘變壓器的勵磁涌流處于峰值附近時，母線電壓的瞬時值較低，此時運行變壓器不會產生和應涌流。當空載合閘變壓器的勵磁涌流處于間斷期間，勵磁涌流為零，母線電壓恢復到額定電壓附近，運行變壓器在空載合閘變壓器勵磁涌流的直流分量和高電壓共同作用下將產生和應涌流。

和應涌流與勵磁涌流交替的出現，方向相反，即當變壓器空載合閘而鐵芯為正向飽和時，并聯運行變壓器的鐵芯趨于反向飽和。和應涌流將由小到大逐漸增加，和應涌流的大小與勵磁涌流的大小有關。由于容量較大的變壓器空載合閘的暫態過程持續時間長，和應涌流增長也較緩慢，運行變壓器的差動保護有可能在變壓器空載合閘一段時間后才由于產生的和應涌流導致誤動跳閘。

4 防范措施

對于差動保護而言，變壓器勵磁涌流就相當于變壓器內部故障時流過的短路電流。在實際應用中通過利用二次諧波制動判據、間斷角原理判據和波形對稱判據閉鎖變壓器差動保護，防止勵磁涌流引起差動保護誤動。這些方法對于和應涌流則不同，和應涌流的波形與勵磁涌流的特征雖然無明顯差異，但和應涌流中的二次諧波分量并不是在和應涌流最大時最大，而是隨著和應涌不斷流衰減而不斷增大。在一定的合閘時刻及變壓器剩磁的情況下，差流中的基波分量大于差動定值，但二次諧波分量小于諧波閉鎖值，將造成差動保護誤動。差動保護的二次諧波閉鎖系數一般整定為0.15，為了防止和應涌流造成誤動，可以適當降低二次諧波閉鎖系數定值。

變壓器差動保護的最小動作電流一般整定為0.5倍變壓器額定電流，定值整定的比較小，空載合閘時運行變壓器產生的和應涌流有可能大于其差動保護動作值，引起差動保護誤動作。為此，在保證差動保護靈敏度的前提下應適當提高變差動保護定值門檻值，防止差動保護誤動。

5 結語

本文分析了變壓器和應涌流產生的原因、影響因素、特點及其對變壓器差動保護的影響。分析表明和應涌流的產生與許多因素有關，但其本質原因是由于空載合閘變壓器勵磁涌流流過系統電阻使得其他變壓器工作母線電壓偏移導致鐵芯飽和造成的。由于和應涌流自身的特點使得和應涌流對變壓器差動保護的影響較為隱蔽、不易察覺，但由其引起的差動保護誤動問題應引起一定的重視。本文在對和應涌流產生的原理及其特性，進行深入分析的基礎上提出了相應的防范措施，以防止由于和應涌流導致差動保護誤動跳閘事故的發生，提高供電可靠性，保證電力系統的安全穩定運行。

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