浅谈变压器差动保护励磁涌流闭锁元件
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整定值时， 闭锁 ｃ Ａ相比率差动元件， 、 即当 ｃ相谐波
含量超过整定值时， 闭锁 Ａ Ｂ相比率差动元件。 、 Ｇ Ｅ的 Ｔ ０ ６ 变压器保护也有相似的谐波闭锁逻 辑， 三取二制动（２ ｏｔｏ ３ ）即分别判断三相谐波， “一ｕ—ｆ ”， ＿
比较有利于设备安全运行 ，从这点来说 ， Ｅ的保护 Ｇ 装置做得 比较贴近用户。 ‘
ｒ （２１ （ｂ－ １ ／ １１） ￣２２ ） ＝ ／
式 中，ｌ ２ 咖 、 分别为基 波与二次谐波 的 ， ， 、、
４ 其它励磁涌流判别 的研 究
目 ， 前 利用电源侧电压和电流微分的比值来判别 幅值 与相位 。 由上式可 以看 出， 励磁 涌流波形有如 下特 征 ： 当基波转化 为两倍频时 ， 二次谐波 与基波 变压器是否含有 励磁涌流 的保护原理也 比较容易 且计算量小 ， 判据清楚 ， 动作快速准确 ， 具有 的复数 比保持在 ０ 。相位差 ， 由基波频率来看 ， 相 实现 ，
定值非常分散 ， 低的有 ７ 高的也有 １％一 ０ 目 ％， ５ ２ ％， 前主要 由制造厂提出二次谐波定值 ，然后 由变压器
收稿 日期 ：０ １ ０ — ８ ２ １ — ７ １ 作者简介 ： 龚剑超（９５ ） ， １７ 一 ， 工程师， 男 从事水电站维护工作。
第 ６期
龚剑超 ， ： 等 浅谈变压器差动保 护励 磁涌流闭锁元件
保护的理论基础——基尔霍夫定律 。变压器在全电 压充 电时在其绕组 中会产生暂态 电流——励磁涌
流， 励磁涌流直接形成差电流， 可能造成差动保护误 动。为防止变压器差动保护在充电时受励磁涌流影 响而误动 ，变压器差动保护必须采用一些方式来判 别励磁涌流并闭锁保护。
装置采用三相差动电流中二次谐波 、三次谐波 的含 量来识别励磁涌流 ， 判别方程如下 ：
抽
盯
整定为 ０１ ０ ， ．～ ． 铀整定为 ０ ～ ． ２ ． ０。 １ ２ 当三相 中某一相被判别为励磁涌流 ，只闭锁该
少进入差动保护执行继电器（ 电流元件 ） 。此方案普 相比率差动元件。 遍应用于电磁式变压器差动保护中。 由于变压器空载合闸试验次数有限，不一定能 （） ２利用励磁涌流 中含有较大的偶次谐波。 测得谐波含量最低值 ，此方案有可能因合闸情况不 国内 外广泛采用二次谐波制动原理。此方案是当前微机 同 ，出现 某一相 励磁 涌流谐 波含 量较 小而未 能 闭锁
防止误动 ， 整定值需要取值较低 ， 实际运行中有时会 有某相未能闭锁住 的情况 ， 从而导致差动保护误动 ；
涌流 ，而波形对称原理判别则可能取代二次谐波制 动成为最好 的涌流判据。
３ 波形对称原理
波形对称原理利用故障时，差流基本上是工频 正弦波 ， 而励磁涌流时 ， 有大量的谐波分量存在 ， 波 形发生畸变 ， 间断 ， 不对称的特点 ， 用算法识别 出这 种畸变 ， 用以判别励磁涌流。 以南瑞 Ｒ Ｓ ７ 保护为例 ，其波形对称原理为 Ｃ ９８ 故障时 ， 有如下表达式成立
以Ｇ Ｅ的 Ｔ ０ ６ 变压器保护为例 ，励磁涌流判别
取该复数 比时，考虑到二次谐波矢量是基波矢量旋
的微机保护来说实现和调整也比较方便 ，只要在运
形成相应门槛值取值经验依据 ， 很可 转速度的 ２ ，因此将基波信号 的相位乘 以 ２ 倍 倍频 行中积累数据 ， 能成为励磁涌流判别的主要手段 。 后与二次谐波进行 比相 ， 公式如下：
保护 中最 常用 的 。
该相 比率差动元件 ， 导致保护误动 。 （） ２交叉制动原理或三取二制动原理 磁涌流经电流互感器传变后 ， 间断角可能消失 ， 此方 以ＥＩ ＬＮ的 Ｄ Ｓ Ｒ 主变保护为例 ， Ｒ 主变保护 ＤＳ 案在微机保护中较少采用。 保护装置采用三相差动电流中二次谐波的含量来识
４ １
建 议 整定 为 ２ ％。 ０
而交叉制动、三取二制动原理则在一定程度上避免
制动方式分 为两种 ， 一种为相制动 ， 方式 同上。 了这种情况； 附加相位制动虽然涌流判别上有优势 ， 另一种为交叉制动 ，即当 Ａ相谐波含量超过整定值 但由于原理的原因， 只能适用于部分差动保护。 从实 多种谐波制动原理并存 ， 供用户选择 ， 时， 闭锁 Ｂ Ｃ 比率差动元件 ， Ｂ相谐波含量超过 际应用来看 ， 、相 当
５ 结 语
变压器差动保护在 目 前无法规避变压器励磁 回
此方案设计适合 目前一些采用三相分体设计 的 路 电流实现变压器主保护的现状下仍是一种很好的 但 变压器励磁涌 大型 ５ ０ Ｖ变压器 ， ０ ｋ 并且要求变压器差动保护采用 变压器主保护 ， 由于原理上的缺点 ，
使得变压器差动保护受到很大局 限， 良好 套管 Ｃ Ｔ电流 的绕组差动保护原理。在此情况下可 流的存在 ， 的励磁涌流判别能大大提高变压器差动保护的可靠 以采用附加相位判据提高涌流的识别能力 。 以上 ４ 种二次谐波制动原理 中，相制动原理为 性和安全性 ，采用二次谐波制动能较好地判别励磁
当三相 中的某一相不满足以上方程 ，被判别为 只闭锁该相 比率差动元件。 方程 同上 。 Ｅ首先提出了利用涌流中二次谐波幅值 励磁涌流 ， Ｇ 波形对称原 理相 比于其它原理 的励磁涌流判 与相位的特征 自 适应二次谐波制动方案。其原理为 别， 具有原理上的明显优势 ， 对于具有强大计算能力 根据二次谐波及基波矢量求得二次谐波复数 比， 求
（） ３利用励磁涌流一次波形的间断角特征 。 但励
源自文库
（） ４利用励磁涌流前后半波波形的不对称 ， 出 提 波形对称原理 。此方案已逐步在微机保护中推广。
别励磁涌流 ， 判别方程如下 ：
Ｉ ＞Ｋ砧 ｘ Ｉ
２ 二次谐 波制动原理
其 中 为每相差动电流中的二次谐波 ， ， 抽为 对应相 的差流基波 ， 抽为二次谐波制动系数整定 Ｋ
０ 简 介
变压器差动保护是变压器内部故障的主保护 ， 与一般差动保护有所不同。变压器差动保护保护范 围不仅包含了电路 ， 也包含了磁路 ， 这就违反 了差动
在现场多次空载合闸试验，根据试验结果来校正定
值。 具体闭锁 比率差动的条件则有不同原理 ， 不同的 实现方式 ， 具体如下：
（． １相制动原理 ） 以 Ｒ Ｓ７ 为例 ， Ｃ ９ ８ Ｃ９８ Ｒ Ｓ７ 系列变压器成套保护
第３ ４卷 第 ６期
２１ 年 ｌ ０１ ２月
水
电 站 机
电 技
术
Ｖ １ ４Ｎ ． ｏ ３ ０ ． ６
Ｄｅ ．０ ｃ２ １ １
Ｍｅ ｈ ｎｃｌ＆ Ｅ ｔ ａ ｅ ｈ ｉｕ ｆ ｄ ｏ ｅ ｔｔ ｎ ｃ ａ ｉａ ｋｃ ｃｌ ｃ ｎｑ ｅｏ ｍｐ ｗ ｒ ａｉ Ｔ Ｈｙ Ｓ ｏ
当任意两相满足闭锁条件， 则闭锁比率差动元件。 此方案在变压器 出现两相故障时 ，可以因两故
障相谐波含量较低而开放第三相 ，从而使保护在一 定程度上避免因变压器空载合于故障时拒动。
（） ３三相 制 动原 理
以Ｇ Ｅ的 Ｔ ０ ６ 变压器保护为例 ，励磁涌流判别
方程同上。 制动方式为计算三相谐波含量的平均值 ， 当平均值高于整定值时 ， 闭锁三相 比率差动元件。
浅谈变压 器差动保护励磁涌流 闭锁 元件
龚剑超 ， 姚向波
（ 华东桐柏抽水蓄能发 电有限责任公 司， 江 台州 ３７０ ） 浙 １２０
摘 要： 介绍 了变压器差动保 护励磁 涌流 闭锁 的主要方式 ， 重点介绍 当前保护常用 的谐波制动原理 的几种 常见 闭锁 方式 ， 并介绍 了波形识别原理及应用。 关键词 ： 变压器差动保 护；励磁 涌流 ；二次谐波 闭锁；波形对称 中图分类号 ：Ｍ ０ ． Ｔ ４ ３５ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：６２ ５ ８ （０ １０ — ０ ０ ０ １７ — ３ ７ ２ １ ）６ ０ ４ — ２
由于二次谐波５ｌ 的大小随机性很大 ，不同合 值。推荐 Ｋ Ｙｉ ｔ 抽整定为 ０１ — ． ， ． ０ ５ 以实际变压器空载 ５ ２ 闸条件下的二次谐波成分可以减小到 ｌ％Ｌ下 。不 合闸试验数据为基础 ， ｏ ： ２ 保留一定裕度 ， 例如实测多次 同制造公司、 不同差动保护装置 ， 二次谐波制动 比的 变压器空载合 闸试验最低二次谐波含量 为 ２ ％， ４ 则
当于在 ０ 。和 １０ ８ ｏ角上 ， 而非涌流波形则无此相 位 关 系 。但 是对 于三 相 转 角 变 压 器 且 Ｃ Ｔ接 于 △环外 时 ， 受环流助增 电流的影响 ， 使得 的基波与 二次谐波 的相位差不满 足以上特点 ，因而无法正 确判别涌流 。 很高的实用价值。 还有基于变压器主磁通对差电流 变化率 的励磁涌流判别方法也具有一定价值 。
， ●●● ●● Ｌ
， 上 ２
『 』 ３
＞ ＞
１励磁涌流防误动措施
我国目前广泛应用的防涌流误动的措施有 ４ 种。 （） １利用非周期分量速饱和作用， 使励磁涌流很
其 中 、 分别为每相差动电流中的二次谐 厶 曲 曲 × × 波和三次谐波 ， 为对应相的差流基波 ， Ｋ ， 抽 Ｋ 妯分 别为二次谐 波和三次谐波制动系数整定值 。推荐
ｆ Ｓ＞Ｋ６ Ｓ ×＋
【 Ｓ ＝ ×ｄ ０１ Ｓ＞ ｆ Ｉ ＋ ． Ｉ Ｘ
其中５ 是差动电流的全周积分值 ， Ｋ 是某一固 此方案可以消除谐波在三相上的不平衡分布对 Ｉ 是“ ｓ 差动电流半周前 涌流判据的影 响，减少 因某一相谐波含量较小而引 定常数 ，＋ 差动电流的瞬时值 ＋ 的瞬时值” 的全周积分值 ， ｜ 是门槛定值。 是差电 ｓ 起的保护误动 ， 但也可能在变压器故障时拒动 。 流的全周积分值 ， 是某一 比例常数。 （） ４ 附加相位制动原理（ 适应二次谐波制动 ） 自
含量超过整定值时， 闭锁 Ａ Ｂ相比率差动元件。 、 Ｇ Ｅ的 Ｔ ０ ６ 变压器保护也有相似的谐波闭锁逻 辑， 三取二制动（２ ｏｔｏ ３ ）即分别判断三相谐波， “一ｕ—ｆ ”， ＿
比较有利于设备安全运行 ，从这点来说 ， Ｅ的保护 Ｇ 装置做得 比较贴近用户。 ‘
ｒ （２１ （ｂ－ １ ／ １１） ￣２２ ） ＝ ／
式 中，ｌ ２ 咖 、 分别为基 波与二次谐波 的 ， ， 、、
４ 其它励磁涌流判别 的研 究
目 ， 前 利用电源侧电压和电流微分的比值来判别 幅值 与相位 。 由上式可 以看 出， 励磁 涌流波形有如 下特 征 ： 当基波转化 为两倍频时 ， 二次谐波 与基波 变压器是否含有 励磁涌流 的保护原理也 比较容易 且计算量小 ， 判据清楚 ， 动作快速准确 ， 具有 的复数 比保持在 ０ 。相位差 ， 由基波频率来看 ， 相 实现 ，
定值非常分散 ， 低的有 ７ 高的也有 １％一 ０ 目 ％， ５ ２ ％， 前主要 由制造厂提出二次谐波定值 ，然后 由变压器
收稿 日期 ：０ １ ０ — ８ ２ １ — ７ １ 作者简介 ： 龚剑超（９５ ） ， １７ 一 ， 工程师， 男 从事水电站维护工作。
第 ６期
龚剑超 ， ： 等 浅谈变压器差动保 护励 磁涌流闭锁元件
保护的理论基础——基尔霍夫定律 。变压器在全电 压充 电时在其绕组 中会产生暂态 电流——励磁涌
流， 励磁涌流直接形成差电流， 可能造成差动保护误 动。为防止变压器差动保护在充电时受励磁涌流影 响而误动 ，变压器差动保护必须采用一些方式来判 别励磁涌流并闭锁保护。
装置采用三相差动电流中二次谐波 、三次谐波 的含 量来识别励磁涌流 ， 判别方程如下 ：
抽
盯
整定为 ０１ ０ ， ．～ ． 铀整定为 ０ ～ ． ２ ． ０。 １ ２ 当三相 中某一相被判别为励磁涌流 ，只闭锁该
少进入差动保护执行继电器（ 电流元件 ） 。此方案普 相比率差动元件。 遍应用于电磁式变压器差动保护中。 由于变压器空载合闸试验次数有限，不一定能 （） ２利用励磁涌流 中含有较大的偶次谐波。 测得谐波含量最低值 ，此方案有可能因合闸情况不 国内 外广泛采用二次谐波制动原理。此方案是当前微机 同 ，出现 某一相 励磁 涌流谐 波含 量较 小而未 能 闭锁
防止误动 ， 整定值需要取值较低 ， 实际运行中有时会 有某相未能闭锁住 的情况 ， 从而导致差动保护误动 ；
涌流 ，而波形对称原理判别则可能取代二次谐波制 动成为最好 的涌流判据。
３ 波形对称原理
波形对称原理利用故障时，差流基本上是工频 正弦波 ， 而励磁涌流时 ， 有大量的谐波分量存在 ， 波 形发生畸变 ， 间断 ， 不对称的特点 ， 用算法识别 出这 种畸变 ， 用以判别励磁涌流。 以南瑞 Ｒ Ｓ ７ 保护为例 ，其波形对称原理为 Ｃ ９８ 故障时 ， 有如下表达式成立
以Ｇ Ｅ的 Ｔ ０ ６ 变压器保护为例 ，励磁涌流判别
取该复数 比时，考虑到二次谐波矢量是基波矢量旋
的微机保护来说实现和调整也比较方便 ，只要在运
形成相应门槛值取值经验依据 ， 很可 转速度的 ２ ，因此将基波信号 的相位乘 以 ２ 倍 倍频 行中积累数据 ， 能成为励磁涌流判别的主要手段 。 后与二次谐波进行 比相 ， 公式如下：
保护 中最 常用 的 。
该相 比率差动元件 ， 导致保护误动 。 （） ２交叉制动原理或三取二制动原理 磁涌流经电流互感器传变后 ， 间断角可能消失 ， 此方 以ＥＩ ＬＮ的 Ｄ Ｓ Ｒ 主变保护为例 ， Ｒ 主变保护 ＤＳ 案在微机保护中较少采用。 保护装置采用三相差动电流中二次谐波的含量来识
４ １
建 议 整定 为 ２ ％。 ０
而交叉制动、三取二制动原理则在一定程度上避免
制动方式分 为两种 ， 一种为相制动 ， 方式 同上。 了这种情况； 附加相位制动虽然涌流判别上有优势 ， 另一种为交叉制动 ，即当 Ａ相谐波含量超过整定值 但由于原理的原因， 只能适用于部分差动保护。 从实 多种谐波制动原理并存 ， 供用户选择 ， 时， 闭锁 Ｂ Ｃ 比率差动元件 ， Ｂ相谐波含量超过 际应用来看 ， 、相 当
５ 结 语
变压器差动保护在 目 前无法规避变压器励磁 回
此方案设计适合 目前一些采用三相分体设计 的 路 电流实现变压器主保护的现状下仍是一种很好的 但 变压器励磁涌 大型 ５ ０ Ｖ变压器 ， ０ ｋ 并且要求变压器差动保护采用 变压器主保护 ， 由于原理上的缺点 ，
使得变压器差动保护受到很大局 限， 良好 套管 Ｃ Ｔ电流 的绕组差动保护原理。在此情况下可 流的存在 ， 的励磁涌流判别能大大提高变压器差动保护的可靠 以采用附加相位判据提高涌流的识别能力 。 以上 ４ 种二次谐波制动原理 中，相制动原理为 性和安全性 ，采用二次谐波制动能较好地判别励磁
当三相 中的某一相不满足以上方程 ，被判别为 只闭锁该相 比率差动元件。 方程 同上 。 Ｅ首先提出了利用涌流中二次谐波幅值 励磁涌流 ， Ｇ 波形对称原 理相 比于其它原理 的励磁涌流判 与相位的特征 自 适应二次谐波制动方案。其原理为 别， 具有原理上的明显优势 ， 对于具有强大计算能力 根据二次谐波及基波矢量求得二次谐波复数 比， 求
（） ３利用励磁涌流一次波形的间断角特征 。 但励
源自文库
（） ４利用励磁涌流前后半波波形的不对称 ， 出 提 波形对称原理 。此方案已逐步在微机保护中推广。
别励磁涌流 ， 判别方程如下 ：
Ｉ ＞Ｋ砧 ｘ Ｉ
２ 二次谐 波制动原理
其 中 为每相差动电流中的二次谐波 ， ， 抽为 对应相 的差流基波 ， 抽为二次谐波制动系数整定 Ｋ
０ 简 介
变压器差动保护是变压器内部故障的主保护 ， 与一般差动保护有所不同。变压器差动保护保护范 围不仅包含了电路 ， 也包含了磁路 ， 这就违反 了差动
在现场多次空载合闸试验，根据试验结果来校正定
值。 具体闭锁 比率差动的条件则有不同原理 ， 不同的 实现方式 ， 具体如下：
（． １相制动原理 ） 以 Ｒ Ｓ７ 为例 ， Ｃ ９ ８ Ｃ９８ Ｒ Ｓ７ 系列变压器成套保护
第３ ４卷 第 ６期
２１ 年 ｌ ０１ ２月
水
电 站 机
电 技
术
Ｖ １ ４Ｎ ． ｏ ３ ０ ． ６
Ｄｅ ．０ ｃ２ １ １
Ｍｅ ｈ ｎｃｌ＆ Ｅ ｔ ａ ｅ ｈ ｉｕ ｆ ｄ ｏ ｅ ｔｔ ｎ ｃ ａ ｉａ ｋｃ ｃｌ ｃ ｎｑ ｅｏ ｍｐ ｗ ｒ ａｉ Ｔ Ｈｙ Ｓ ｏ
当任意两相满足闭锁条件， 则闭锁比率差动元件。 此方案在变压器 出现两相故障时 ，可以因两故
障相谐波含量较低而开放第三相 ，从而使保护在一 定程度上避免因变压器空载合于故障时拒动。
（） ３三相 制 动原 理
以Ｇ Ｅ的 Ｔ ０ ６ 变压器保护为例 ，励磁涌流判别
方程同上。 制动方式为计算三相谐波含量的平均值 ， 当平均值高于整定值时 ， 闭锁三相 比率差动元件。
浅谈变压 器差动保护励磁涌流 闭锁 元件
龚剑超 ， 姚向波
（ 华东桐柏抽水蓄能发 电有限责任公 司， 江 台州 ３７０ ） 浙 １２０
摘 要： 介绍 了变压器差动保 护励磁 涌流 闭锁 的主要方式 ， 重点介绍 当前保护常用 的谐波制动原理 的几种 常见 闭锁 方式 ， 并介绍 了波形识别原理及应用。 关键词 ： 变压器差动保 护；励磁 涌流 ；二次谐波 闭锁；波形对称 中图分类号 ：Ｍ ０ ． Ｔ ４ ３５ 文献标识码 ： Ｂ 文章编号 ：６２ ５ ８ （０ １０ — ０ ０ ０ １７ — ３ ７ ２ １ ）６ ０ ４ — ２
由于二次谐波５ｌ 的大小随机性很大 ，不同合 值。推荐 Ｋ Ｙｉ ｔ 抽整定为 ０１ — ． ， ． ０ ５ 以实际变压器空载 ５ ２ 闸条件下的二次谐波成分可以减小到 ｌ％Ｌ下 。不 合闸试验数据为基础 ， ｏ ： ２ 保留一定裕度 ， 例如实测多次 同制造公司、 不同差动保护装置 ， 二次谐波制动 比的 变压器空载合 闸试验最低二次谐波含量 为 ２ ％， ４ 则
当于在 ０ 。和 １０ ８ ｏ角上 ， 而非涌流波形则无此相 位 关 系 。但 是对 于三 相 转 角 变 压 器 且 Ｃ Ｔ接 于 △环外 时 ， 受环流助增 电流的影响 ， 使得 的基波与 二次谐波 的相位差不满 足以上特点 ，因而无法正 确判别涌流 。 很高的实用价值。 还有基于变压器主磁通对差电流 变化率 的励磁涌流判别方法也具有一定价值 。
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『 』 ３
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１励磁涌流防误动措施
我国目前广泛应用的防涌流误动的措施有 ４ 种。 （） １利用非周期分量速饱和作用， 使励磁涌流很
其 中 、 分别为每相差动电流中的二次谐 厶 曲 曲 × × 波和三次谐波 ， 为对应相的差流基波 ， Ｋ ， 抽 Ｋ 妯分 别为二次谐 波和三次谐波制动系数整定值 。推荐
ｆ Ｓ＞Ｋ６ Ｓ ×＋
【 Ｓ ＝ ×ｄ ０１ Ｓ＞ ｆ Ｉ ＋ ． Ｉ Ｘ
其中５ 是差动电流的全周积分值 ， Ｋ 是某一固 此方案可以消除谐波在三相上的不平衡分布对 Ｉ 是“ ｓ 差动电流半周前 涌流判据的影 响，减少 因某一相谐波含量较小而引 定常数 ，＋ 差动电流的瞬时值 ＋ 的瞬时值” 的全周积分值 ， ｜ 是门槛定值。 是差电 ｓ 起的保护误动 ， 但也可能在变压器故障时拒动 。 流的全周积分值 ， 是某一 比例常数。 （） ４ 附加相位制动原理（ 适应二次谐波制动 ） 自