浅谈变压器励磁涌流识别方法的原理及展望

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一４ — ｈａ ｅＴ ｈ ｌｉ ｎＰｄ ｔ ｉ ｃ ｏｇｓ ｄ ｒｕｓ ｃ
浅谈变压器励磁涌流识别方法的原理及展望
涂惠 香
（ 尔滨 变压器有限责任公司， 哈 黑龙江 哈 尔滨 １０ ７ ） ５０ ０
摘 要： 变压 器是 电力 系统 中极 其 重要 的 电气设备 ， 变压 器保 护对 于提 高 电力 系统运行 的稳 定性 、 安全 性具 有重要 的 意义 。差动保 护 是 变压 器的 主保 护 。 当前 变压 器差动 保 护 中最 关键 和 最 困难的 问题 仍 然是如 何 防止励 磁 涌流所 导致 的误动 作 。 文主要 综述 了变压 本 器励 磁 涌流 判 别方 法 ， 对其进 行 了比较 分 析 。 并
变压 器 内部 故障 时能迅速跳 闸； 一定 的过 具备 励磁 能力 。但 是 ， 机保护 实现 间断角 原理 用微 有 以下难 点 ： 励 磁涌 流在 变压 器一 次侧 有 明显 的 间断 角， 由于 受到 Ｃ 饱 和 的影 响进 入差 动继 电器 Ｔ 的二 次涌流 已大大丧 失这种 特性 ， 用起来 将 利 增加 装置 的复杂性 。 测量 间断角 需要很 高的采样 率 ， 这对计 算 机硬 件又提 出 了更 高的要求 。 由于 以上 原 因使得 该 原理 在实 际 变压 器 微机 保护 的应 用 中受 到 限制 ， 效果并 不是 很理 想， 而且 硬件 复杂 和成 本较 高 ， 实用 化过 程 在 中要 着进一 步经济技 术分析 和现场 考验 。 ２ ． ２二次谐 波制动原 理 在变 压器 励磁 涌 流 中含有 较 大 的偶次 谐 波分 量 ， 中二次 谐波 分量 最 大 ： 电流信 号 其 当 中二 次谐波 的含量超 过阈值 ， 即判断是 励磁 涌 流 。该原 理不 仅在 常 规保 护 中有较 多 运行 经 验， 而且： 机保 护 中容易 实 现 ， 在 国 内外 微 故 变压 器实 际投 入运行 中得 到广泛 的应用 。 原 但 理有 以下缺 陷 ： 由于 采用“ ” 或 门制动 ， 因此会 出现故 障变 压器 空投时 ，非故障相 闭锁 故障相 的现 象 ， 导 致变压 器保护 延时动 作 。 由于变压 器合 闸 的时 间 ， 变压器 剩磁等 不 确定 因素对励 磁涌流 的影 响 ， 很难选 择合适 的
关 键词 ： 励磁 涌 流 ； 变压 器 ； 电力 系统 中图分 类号 ： ２ Ｕ
ｌ引 言
文 献标 识码 ： Ａ
变压 器是 电力 系 统 中极其 重 要 的电气 设 备 ， 负着 电能 的传 输和 电压变换 的重 要作 它担 用。 变压器 保护对 于提高 电力 系统运行 的稳定 性 、 全 ｌ具有 重要 的意义 。 安 生 寻求一个 安全 、 可 靠 、 敏 的变 压器 保护 方案 ， 直 是 国内外 电 灵 一 力 系统 学者们 研究 的热点 问题［１ Ｉ。 － ３ 变压 器空载合 闸 时 ， 由于受 到铁芯磁 路饱 和 的影 响可能 出现 很 大 的冲击 电流 即励磁 涌 流 。在情 况严 重时 ， 涌流会 超过 额定 电流 励磁 的许多倍 ， 如不采取适 当的措施 ， 则可能引起 变压器 开关跳 闸 ， 压器不 能顺利地 投入 电 网 变 工作。 长期 以来 ， 保护一 直被认 为是 电力 变 差动 压器最 完善 的主保护 ， 由于变压 器 自身 的 但是 特 点 ， 得变压 器差 动保 护还 有着一 些 困难 和 使 欠 缺 的地 方 。变压 器具 有 两个 及 多个 电压 等 级 ， 差动保 护的 所用 电流 互感器 的参数 各 构成 不相同， 变压器 每相原 、 电流之 差 （ 常运 副边 正 行 时 的励 磁涌 流 ） 为差动 保护不 平衡 电流 将作 的一种来 源 。在 变压器 空载 突然合 闸时 ， 者 或 变压器 外部短 路故 障被切 除后端 电压恢 复时 ， 暂 态励 磁涌流 的大小 可与短 路 电流相 比拟 ， 在 这 么大 的不平衡 电流 ，要求差 动保 护不误 动 ， 是 个相 当复杂 困难 的技 术 问题Ⅱ 】 。当前变压 器 差 动 保护 中最 关键 和 最 困难 的问题 仍 然是 如 何 防止励 磁涌 流所导 致的误 动作 ， 其在励 磁 使 情 况下 能够可 靠地动作 。 对差 动保 护有 两方 这 面的要求 ， 即防止外部 短路时 不平衡 电流 以及 防止励 磁涌流 所致 的误动作 ， 研究涌 流产 生 的 机 理 和涌 流特 性对 防 止励 磁涌 流 引起 差动 保 护 误动 至关重要 。 ２励磁涌 流识别 方法 的原理简 述及现状 目前 鉴别 励磁 涌 流 的方法 较 为成 熟 的方 法 主 要是 基 于间断 角原 理 和二 次谐 波 制动 原 理。 国内设计 生产 的变压器 差动保 护装置 也主 要 是基 于 以上 原理 。 此外 ， 还有 波形对称 原理 ， 波形 叠加 原理 、 形相 关性 分 析法 、 形拟 合 波 波 法 这 些利 用波 形特 征来 识 别变 压器 励 磁涌 流 的方法 。最近 ， 电压制动 原理 、 电路 原理 、 等值 磁 特性 原理等 也有应 用和研 究 。 随着人 们研究 领域逐 渐扩大 ， 的层次 研究 逐 渐加深 ， 产生很 多新兴 的学 科 。这 些学科 为 科 学研 究提供 了新 的手段 。将模糊 判据 、 人工 神 经 网络 方法 运用 到 变压 器励 磁 涌流 的识 别 中也是研 究 的热点之 一。 ２１间断角原 理 ． 间断 角原 理是 基 于励磁 涌 流波 形 中有 较 大 的间断 这个特 征实现 其鉴别 的 ， 准确测 量 以 间断 角的大 小为 基础 的。 其优 点是 利用 了励 磁 涌流 本 身 明显 的波 形特点 ， 清楚 的区分变压 器励磁 涌 流和 内 能够 部故 障电流 ；一 般采用 分相 涌流判别 方法 ， 在
会降低 ， 有时还会 升高 。 分析 和实 验表 明 ， 电压制动 原理 的应用 与 系统 阻抗 的大小 关系密切 相关 。同时 ， 压 当变 器低 压侧装有无 功补偿 装置时 ， 生短路 时的 发 端 口电压 不会 瞬时降低 ， 时会影 响辅助判 据 此 的准确性 和保护 的速动性 。 ２ ． 值电路 原理 ５等 等值 电路原 理是 一种 基 于变 压器 导纳 型 等值 电路 的励磁 涌流判别方 法 。 方法是通 过 该 检 测对地 导纳 的参 数变化 ， 鉴别变压器 的内部 故 障。铁 芯线 圈的漏 抗 和空 芯线 圈 的漏抗 接 近 ， 时变压器 等值导纳 参数 的互 导纳 与变 故此 压器 的铁 芯饱和程 度无关 。铁芯未饱 和 时 ， 变 压 器各侧 对地导 纳几 乎 为零 ；当铁 芯饱和 时 ， 变压器各 侧对地 导纳 明显 增大 ； 当铁 芯严重 饱 和时 ， 变压 器各侧对 地导纳 几乎与空 芯变压 器 的对地导 纳一致 ， 是一个 不为零 的常量 。 且 该 方法 在求 取对 地导 纳时 需要 先 获取 变 压器漏感 参数 ， 点在实 际运用 中存 在一 定 这一 的 困难 。 、 ３发 展和展 望 前述 的方法 都是 对变 压器 的模型 进行 研 究， 但事 实上 ， 由于变 压器参 数不易 确定 ， 系统 运 行方式 的随机性 ， 以及变 压器本身 的严重 非 线 性 ，建立 一个精确 的数学模 型是很 困难 的 。 近代 ， 随着 人们研 究 的领 域逐 渐扩 大 ， 研究 的 层 次逐渐 加深 ， 产生 了很 多新兴 的学科 。 变压 器空载 合 闸的励 磁涌 流 的问 题本 身 很 复杂 ，国内外学者 的理论研 究和 数值仿 真 ， 无不在 或多或少 的假设 和简化条件 下进行 ， 难 免在某些 情况下 失真 。正是 这种情 况下 ， 糊 模 的处理方 法就特别 显 出它 的科学性 和有效性 。 模糊数学 借助 于隶 属度 的概 念 ， 对人 达到 脑一 定程 度的模 拟 ，具有 处理 模 糊现 象 的能 力。 将这一原 理应用在 变压器 主保护 中 ， 为识 别励 磁涌 流和 内部 短路 电 流 ，选 定 四个特 征 量， 即二 次谐波含 量 、 铁芯磁 通大小 、 电流 波形 的对称度 以及 电压的高低 。 人工 神经 网络是 人工 智能 较 为突 出 的一 种 。 工神经 网络 的特 点在于其 并行计算 能力 人 和高度 的非线性 。 这些新 的方法 尚处于探索 阶段 ， 离实用 还 有一定 的距离 。 由于变 压器运行 条件 的复杂性 和故 障类 型 的多样性 ， 美地解决 这些存 在 要完 的问题 ， 需要探索 一些新 的理论和方 法 。 参考 文献 【】 维俭．电气主设 备继 电保 护原理 与应 用 １王 ［］ Ｍ． 中国电力 出版社 ，９８ １９． ［ 王 维俭 ， 炳蕴 ． 型机 组 继 电保护 理 论基 ２ ］ 侯 大 础ｆ ］ 国电力 出版社 ，９ ８ Ｍ冲 １８． ［ 王祖 光． ３ 】 间断 角原 理 的变压 器差动保 护 ． 电 力 系统 自动化 ，９ ９ （ ） １７ － １ ． ３
制动 比 Ｋ 。 在正 常工况下 ， 大容量 的变压 器 内部短 路 电流 的二次 谐波含量 约为 ７ ％，而在 有 串补 电
容 的高压 系统 及 高压 电缆 变压 器 的短 路 电流 中二 次谐 波含 量 可能 高达 １％～０ ， ５ ２％ 这对 二 次谐 波制动原 理提 出了新 的挑战 。 ２ ＿ ３波形对 称原理 波形 对称 原理 是 根据 电流 波形 进 行分 析 来识别 励磁 涌流和 内部短路 电流 ， 即首先将 流 入继 电器 的差 流进行 微分 ， 分后 差流 的前 对微 半波 与后半 波作对称 比较 ， 据 比较 的结 果去 根 判断 是否发生 了励磁 涌流 。 由于励 磁涌 流的波形 中含有 间断角 ， 得 使 励磁 涌流 在一 个周 波 波形 的前 半 周与 后半 周 存在 不对 称性 ； 大量 研究 表 明 ， 而 变压 器 内部 故 障时 的 电流一个 周 波波 形 的前半 周 与后 半 周是几 乎对称 的 。 在此 基础上 ，又提 出波 形相关 洼分 析法 、 波形 拟合法 等 ，其基 本原理 是大致 相 同的 ， 实 际上都 是间断 角原理 的推广 。 它比间断 角原 但 理容易实现， 了间断角原理对微机保护硬 克服 件要求 高的缺 点 。 ２ 电压制动 原理 ． ４ 电压制 动原 理提 出利 用 变压 器 的端 口电 压作为识别变压器励磁涌流和内部短路电流 的辅助判据。当变压器发生短路时， 伴随有电 压的降低 ； 当变压器出现励磁涌流时 ， 电压不