变压器励磁涌流识别方法

浅谈变压器励磁涌流的识别方法

【摘要】电力变压器运行条件复杂，暂态励磁电流（即励磁涌流）的大小有时可与短路电流相比拟。这样大的不平衡电流必然导致差动保护误动，为此，变压器差动保护的主要矛盾一直集中在准确鉴别励磁涌流和内部故障电流上。本文总结归纳了励磁涌流的常见和一些新型的识别方法，以供查询和阅读。

【关键词】变压器励磁涌流识别方法

1 励磁涌流的识别方法发展现状

变压器差动保护的中心问题是如何鉴别励磁涌流和内部故障电流，变压器励磁涌流对电网的危害很大，要想减小或消除励磁涌流所带来的危害，必须先要正确识别励磁涌流。围绕电力变压器励磁涌流的判别，先后涌现出许多方法[1]，主要有电流波形特征识别方法、磁通特性识别法、等值电路参数识别法等。常见的主要方法有：（1）基于二次谐波含量的识别方法；（2）基于间断角的识别方法；（3）基于波形对称特征的识别方法；（4）基于磁通特性的识别方法；（5）基于等值电路参数识别法。

2 变压器励磁涌流识别新方法

2.1 基于小波变换的方法

小波变换在时、频两域都具有表征信号局部特征的能力，非常适合于非平稳信号的分析，克服了傅里叶变换只能适应稳态或准稳态信号分析、时域完全无局部性的缺点，可以准确地提取信号的特征。目前，小波变换在判别励磁涌流与内部故障电流方面的应用，主要

集中与高次谐波监测和奇异点监测。实际上，两者都是间断角原理的一种推广，高频检测反映的是差流状态突变产生的高次谐波，高频细节出现的位置对应于变压器饱和、退饱和时刻或故障发生时刻。若差流的高频细节突变周期出现，则为励磁涌流；若出现一次后便很快衰减为0，则为内部故障。奇异点检测利用了小波变换模极大值原理，检测的是差流状态突变而产生的第2类间断点，奇异点与涌流间断角相对应。

2.2 基于变压器回路方程的识别方法

变压器在正常运行、励磁涌流、过励磁或外部短路时，绕组漏感和电阻为恒定不变的常值，而在内部故障时却要发生变化。基于此特性，可将绕组漏感和电阻是否发生变化作为区分变压器内部故障的判据。

该方法完全摆脱了励磁涌流和过励磁电流的困扰，实现了与差动保护迥然不同的变压器主保护，构思新颖，原理简明。但实践中存在如下困难：变压器原、副边绕组漏电感极难准确获得，目前尚无可行的测取方法，导致整定困难。

2.3 差有功法

差有功法的基本原理是：正常运行时变压器消耗有功非常小（铜损耗和铁损耗之和小于变压器容量的1%），励磁涌流时由于绕组存储磁能，第1个周期流入变压器的有功较大，但是第2个周期之后，尽管涌流时铁损耗和铜损耗都有所增加，变压器消耗的有功却非常小；然而当变压器绝缘损坏时，电弧放电发热将消耗大量的有功。

所以，通过检测变压器消耗有功的大小，即差有功，可判别变压器是否发生内部故障。

差有功法从物理机理出发综合考虑电压、电流信息，是一种全新的主保护方案。然而，该方法仍无法回避励磁涌流带来的不利影响，首先需要避开涌流时变压器第1周期的充电过程，结果导致判别延时；其次，由于涌流时铜损耗很难精确计算，铁损耗增加，不容易整定。而且，变压器外部故障时由于变压器流过较大的穿越电流，使变压器消耗较大的有功，其对差有功法的影响也不容忽视。

2.4 基于模糊逻辑的多判据法

文献[2]在分析了大量的变压器保护方法的基础上，采用二次谐波、磁通饱和程度、电压高低、电流波形的对称程度等判据，利用模糊模式识别方法提出了一种多判据方法。该方法基于对现有励磁涌流识别算法的认识，借助模糊逻辑隶属度和权重的概念，综合了各判据的优点，使各判据之间取长补短。该方法弥补了严格依照精确定量判别涌流的不足，避免了“一票否决”，真正做到了“集思广益”，体现了智能化特点。

该方法只是变压器励磁涌流识别中的一个新探索，目前有很多问题难以解决，如模糊逻辑中隶属函数与权重应当如何选择？这个问题的回答建立在原有认识的基础上，而且需要技术人员对问题有较深入的认识。所以，该方法仍需要科研工作者进行深入而细致的研究。

2.5 基于励磁涌流识别元件的方法

速饱和中间变流器由于在纵联差动保护中使用时动作电流大、灵敏度低，并且在变压器内部故障时，会因非周期分量的存在而延缓保护的动作，已逐渐被淘汰。文献[3]提出了一种变压器新型励磁涌流识别元件，合理地利用涌流的多重特征，基于专门用于励磁涌流识别的虚拟差流，利用励磁涌流波形谐波、间断、励磁涌流的尖顶波和波形上升、下降处边沿斜率大的特征，通过综合波形谐波、波形间断判据实现按相制动，构成涌流闭锁元件，在变压器保护双重化的条件下，更准确地区分励磁涌流和故障电流，提高差动保护的可靠性和快速性。该文献提出的励磁涌流识别元件主要有2个特点：一是利用波形综合分析法识别励磁涌流；二是为提高涌流识别的准确性，利用在差流中增加零序电流分量的方法，合成专门用于励磁涌流识别的虚拟差流。

2.6 基于虚拟磁通的识别方法[4]

在定义虚拟磁通的基础上，根据在发生励磁涌流和发生内部短路故障情况下，虚拟磁通对于差电流的曲线在中心对称性上具有明显的区别，提出了一种基于计算虚拟磁通的识别励磁涌流和内部故障的方法。虚拟磁通只需要根据绕组端电压测量值就可以容易计算，虚拟磁通与差动电流的关系曲线的中心对称性特征只需要1～2个工频周期就可以准确判断。

3 结语

通过以上的介绍和分析可以发现，为满足电力系统不断发展的要求，近十多年来国内外学者对变压器保护的原理从各方面进行了深

入的研究和实验，提出了许多不同的方案。当前存在的励磁涌流与内部故障判别方法虽然种类繁多，但都不够完善，不能完全满足电力变压器继电保护的要求；而原来已用于实际的一些方法随着电力系统的发展，也面临着新的考验。因此，还需要加速研发更新、更全面的判据。

参考文献：

[1]葛宝明，王祥珩，苏鹏声等.电力变压器的励磁涌流及其发展方向[j].电力系统自动化，2003，27（22）：1-5，30.

[2]王增平，高中德，张举等.模糊理论在变压器保护中的应用[j].电力系统自动化，1998，22（2）：13-16，45.

[3]潘书燕，郑玉平，吴崇昊等.变压器新型励磁涌流识别元件[j].电力系统自动化，2011，35（19）：63-67.

[4]李富强，刘秀成，李东霞等.基于虚拟磁通与差动电流特性识别变压器励磁涌流[j].电力系统自动化，2008，28（23）：45-49.