鄭州供電公司 李 蒙 張 慧

變壓器勵(lì)磁涌流的識(shí)別方法

鄭州供電公司 李 蒙 張 慧

電力變壓器在空載投入電網(wǎng)或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，由于變壓器鐵芯磁通的飽和及鐵芯材料的非線性特征，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的勵(lì)磁電流，稱為勵(lì)磁涌流。電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備，縱差保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)之一在識(shí)別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)拒動(dòng)和誤動(dòng)的現(xiàn)象，因此，正確識(shí)別勵(lì)磁涌流和故障電流仍是變壓器差動(dòng)保護(hù)的重要課題之一。按照判別勵(lì)磁涌流所用信號(hào)特征，目前傳統(tǒng)的識(shí)別勵(lì)磁涌流的方法有波形特征識(shí)別法和諧波含量識(shí)別法。

一、波形特征識(shí)別法

波形特征識(shí)別法就是根據(jù)變壓器在勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障時(shí)差流波形所具有的不同特征來(lái)區(qū)分是內(nèi)部故障還是勵(lì)磁涌流的方法。主要有兩種：一種是廣為大家所熟悉的間斷角原理。另一種是差動(dòng)電流峰-峰間距判別法。

1.間斷角原理。由對(duì)勵(lì)磁涌流的分析知，勵(lì)磁涌流的波形中會(huì)出現(xiàn)間斷角，而變壓器內(nèi)部故障時(shí)流入繼電器的穩(wěn)態(tài)差電流是正弦波，不會(huì)出現(xiàn)間斷角。間斷角鑒別原理就是利用這個(gè)特征鑒別勵(lì)磁涌流和故障電流，即通過(guò)檢測(cè)差電流波形是否存在間斷角，當(dāng)間斷角大于整定值時(shí)將差動(dòng)保護(hù)閉鎖。但在用間斷角原理來(lái)實(shí)現(xiàn)微機(jī)變壓器保護(hù)時(shí)可能會(huì)遇到一些問(wèn)題。分析表明為準(zhǔn)確地進(jìn)行間斷角大小的判別，需要較高的采樣率，這樣留給微機(jī)的故障處理時(shí)間就極其有限。同時(shí)，為提高靈敏度，可能需要分辨率更高的16倍A/D。此時(shí)，硬件的復(fù)雜性和成本都將提高。

該原理的模擬式保護(hù)裝置已得到應(yīng)用，但面臨著因電流互感器傳變引起的間斷角變形問(wèn)題。當(dāng)電流互感器飽和時(shí)，在涌流的間斷角區(qū)域?qū)a(chǎn)生反向電流，電流互感器飽和越嚴(yán)重則反向電流越大，最終使得涌流間斷角消失。對(duì)于內(nèi)部故障電流而言，電流互感器飽和將導(dǎo)致差流的間斷角增大，而且電流互感器飽和越嚴(yán)重，其差流間斷角越大。前者將使得變壓器發(fā)生涌流時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，后者將使得變壓器內(nèi)部故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)。

2.差動(dòng)電流峰-峰間距判別法。變壓器保護(hù)中的差流可由如圖1所示的3種典型波形表示。內(nèi)部故障時(shí)電流互感器飽和，差流波形如圖1（a）所示，相繼的差流波峰間距約為1/2周波左右。勵(lì)磁涌流峰-峰間距約為1/4周波和1個(gè)周波，如圖1（b）、（c）。因此將差流峰-峰間距為1/2周波左右、前一個(gè)峰值是后一個(gè)峰值的75%～125%,而且符號(hào)相反的狀態(tài)判為故障情況，將差流峰-峰間距為1/4或1周波判為勵(lì)磁涌流。

從上面的介紹可以看出，該方法十分類似于間斷角原理，這里用兩個(gè)相繼峰之間的時(shí)間差來(lái)區(qū)分內(nèi)部故障和涌流。而間斷角原理中的涌流間斷角大小，實(shí)際上也是一個(gè)時(shí)間量。因此兩者本質(zhì)是相通的。

由于電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程的復(fù)雜性和非線性，僅用以上3種波形來(lái)表示顯然是不全面的，而且如果直接用采樣值來(lái)捕捉暫態(tài)過(guò)程中的峰值，則需要很高的采樣率。

二、諧波含量鑒別法

諧波含量鑒別法，是通過(guò)電流或電壓中諧波含量的多少來(lái)區(qū)分內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流。大體可以分為兩種：一是利用二次諧波電流鑒別勵(lì)磁涌流的方法。二是通過(guò)分析變壓器端電壓中的諧波分量而形成的電壓制動(dòng)式保護(hù)。

1.二次諧波電流鑒別涌流的方法。分析表明，勵(lì)磁涌流中含有較大的二次諧波分量，通過(guò)計(jì)算差動(dòng)電流中的二次諧波電流與基波電流的幅值之比可判別是否存在勵(lì)磁涌流。當(dāng)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流時(shí)應(yīng)有：

式中，Id1和Id2分別為差流中基波和二次諧波電流模值，K是二次諧波制動(dòng)比，可調(diào)整。

2.諧波電壓鑒別勵(lì)磁涌流的方法。其基本思想是：當(dāng)變壓器因勵(lì)磁涌流出現(xiàn)嚴(yán)重飽和時(shí)，端電壓會(huì)發(fā)生嚴(yán)重畸變，其中包含較大的諧波分量，可以用來(lái)鑒別勵(lì)磁涌流，其原理如下。

如果變壓器的三相電壓滿足：V1＞VTh或Tsum＞TTh時(shí)，判為勵(lì)磁涌流，保護(hù)閉鎖。式中，V1是變壓器端電壓的基波分量幅值；VTh和TTh分別為門坎值；T稱為“MONITOR”，是為克服在涌流時(shí)端電壓畸變引起電壓V的下降導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作。

電壓制動(dòng)原理能鑒別涌流，閉鎖保護(hù)。對(duì)于大多數(shù)內(nèi)部故障，其速動(dòng)性比二次諧波制動(dòng)原理好。但對(duì)于少數(shù)情況，特別是當(dāng)電源阻抗非常小時(shí)，仍有制動(dòng)作用，甚至可能拒動(dòng)。

三、傳統(tǒng)方法存在的問(wèn)題及新方法的發(fā)展

間斷角方法存在著當(dāng)電流互感器飽和時(shí)，會(huì)導(dǎo)致間斷角的消失，增加保護(hù)硬件的復(fù)雜性。隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)的提高和規(guī)模的擴(kuò)大以及變壓器單機(jī)容量的增大，大型變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，由于諧振使短路電流中的二次諧波含量明顯增加，有可能引起二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究了各種區(qū)分勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障電流的新方法，例如，以涌流波形特征為依據(jù)的波形對(duì)稱原理，波形相關(guān)性分析法，波形疊加原理等。此外，還有磁通特性識(shí)別法，等值電路參數(shù)鑒別法，基于變壓器回路方程的算法，然而這3種算法都需要知道變壓器漏電感參數(shù)，其應(yīng)用前景取決于理論上的進(jìn)一步突破。