張新美

【摘 要】 隨著現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，電力工業(yè)作為重要的能源供應(yīng)也得到了極大的發(fā)展。為了滿足社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)的需要，遠(yuǎn)距離、大容量的輸電越來越重要。而更高要求的輸電同時(shí)也對(duì)變壓器的功能提出了更高的要求。掌握大型變壓器勵(lì)磁涌流的規(guī)律和特點(diǎn)，是保護(hù)變壓器的必要條件，也是提高大型變壓器繼電保護(hù)功能的有效方法。因此，對(duì)勵(lì)磁涌流的原理和繼電保護(hù)的措施進(jìn)行研究，是電力行業(yè)必須認(rèn)真對(duì)待的任務(wù)。

【關(guān)鍵詞】 大型變壓器 勵(lì)磁涌流 繼電保護(hù) 差動(dòng)保護(hù)

大型變壓器相較于一般的變壓器具有更大的功率，所承擔(dān)的工作也更多。在經(jīng)濟(jì)日益發(fā)展的今天，大型變壓器已然成為現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)發(fā)展中必不可少的技術(shù)支持。不僅能夠滿足更高要求的輸電作業(yè)，也能夠有效的節(jié)約電力資源，提高輸電的安全性和可靠性。勵(lì)磁涌流和繼電保護(hù)是大型變壓器在工作過程中不可避免的兩大問題。本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，對(duì)大型變壓器的勵(lì)磁涌流問題和繼電保護(hù)辦法進(jìn)行了分析。

1 大型變壓器的基本概況

變壓器是廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代電力行業(yè)的重要基礎(chǔ)設(shè)備。由于經(jīng)常涉及到電力這一危險(xiǎn)而重要的能源，因此變壓器的使用必須注意安全問題。大型變壓器具有更高水平的輸電功能，輸電的安全直接關(guān)系到人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，其安全性不容忽視。為此，大型變壓器應(yīng)該具備良好的質(zhì)量，同時(shí)滿足幾個(gè)要求：（1）當(dāng)輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，高靈敏性的變壓器能夠及時(shí)從內(nèi)部組抗接地故障，防止短路造成更大范圍的影響。（2）當(dāng)線路發(fā)生故障的時(shí)候，大型變壓器最好是能夠進(jìn)行初步的自我診斷，停止故障路段的輸電，但同時(shí)盡量不影響其他部分的正常工作。（3）能夠在線路發(fā)生內(nèi)部故障的時(shí)候迅速采取措施切斷輸電，而同時(shí)又不讓外部故障阻礙線路內(nèi)部的工作。這就要求變壓器能夠分別滿足處理內(nèi)部故障和外部故障時(shí)的不同需求[1]。變壓器的實(shí)質(zhì)是一個(gè)非線性的模型，內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，影響其輸電效率的因素也有很多。因此，如何保護(hù)變壓器盡可能少的受到外界干擾，保持較高水平的輸電質(zhì)量，是大型變壓器不得不解決的問題之一。

當(dāng)前，隨著電力運(yùn)輸?shù)膲毫υ絹碓酱?，大型變壓器的?fù)荷也在不斷加大，變壓器發(fā)生故障的頻率也因此而不斷增加。大型變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，不僅造價(jià)昂貴，而且后期的維修工作也很困難。因此必須在平時(shí)的運(yùn)行中加強(qiáng)電力線路的自我保護(hù)，減少發(fā)生故障的可能性。

2 大型變壓器的勵(lì)磁涌流問題

目前，變壓器的差動(dòng)保護(hù)是能夠維持電力輸送穩(wěn)定和連續(xù)的重要保護(hù)力量。尤其是對(duì)于大型變壓器的工作來說，往往承擔(dān)著較重的輸電任務(wù)。不僅外部環(huán)境上輸電量大、距離較遠(yuǎn)、電壓較高，而且客戶對(duì)于輸電的安全穩(wěn)定性有很高的要求，因此其差動(dòng)保護(hù)顯得更為重要。然而當(dāng)前大型變壓器的差動(dòng)保護(hù)效果并不理想。下面本文將簡(jiǎn)單介紹大型變壓器勵(lì)磁涌流的相關(guān)問題。

2.1 勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生及危害

勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生是源于鐵芯的磁飽和。當(dāng)合上斷路器給變壓器充電時(shí)，有時(shí)可以看到變壓器電流表的指針擺得很大，然后很快返回到正常的空載電流值，這個(gè)沖擊電流通常稱之為勵(lì)磁涌流。以下幾種方面會(huì)導(dǎo)致涌流的產(chǎn)生：勵(lì)磁涌流通過因影響電流的大?。ㄒ话闶浅^額定電流數(shù)倍甚至幾十倍），或者是通過流入縱差保護(hù)的差動(dòng)回路來對(duì)變壓器造成損害。當(dāng)變壓器空載合閘時(shí)，變壓器也會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。而同時(shí)與之相鄰的運(yùn)行變壓器可能發(fā)生飽和現(xiàn)象，從而產(chǎn)生和應(yīng)涌流。

總的來說，勵(lì)磁涌流對(duì)于電壓器以及整個(gè)電路系統(tǒng)的正常運(yùn)行有嚴(yán)重的干擾和破壞。因此需要進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)。從其產(chǎn)生的危害來說，勵(lì)磁涌流可能會(huì)引發(fā)變壓器的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)，使變壓器的投運(yùn)頻頻失??；或者因?yàn)檎`動(dòng)保護(hù)而使各側(cè)符合過載；或因電動(dòng)力過大而損傷變壓器；電壓在此影響下容易發(fā)生急劇變化，影響到輸電的穩(wěn)定和其他電器設(shè)備的工作；輸電電能的質(zhì)量也會(huì)因此而下降等等。

就勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)來說，理論上講勵(lì)磁涌流是可以通過科學(xué)的方法進(jìn)行抑制甚至是消除的。但是在實(shí)際中，由于無法達(dá)到高要求的技術(shù)，因此只能想辦法盡量減小勵(lì)磁涌流的危害。如果能夠計(jì)算清楚變壓器斷電時(shí)候的剩磁極性，就能夠控制電源電壓相位角，讓偏磁與剩磁極性正好相反，以此抑制磁路飽和的狀態(tài)。而飽和的磁路正是產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的必要條件[2]。

2.2 如何識(shí)別勵(lì)磁涌流

由上文可以看出，大型變壓器的運(yùn)作中勵(lì)磁涌流問題一直都是一個(gè)難點(diǎn)，也是一個(gè)重點(diǎn)。而如何有效的識(shí)別出勵(lì)磁涌流則是解決問題的關(guān)鍵所在。根據(jù)勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生原理和基本特點(diǎn)，可以采用如下幾種原理或方法來識(shí)別勵(lì)磁涌流：

（1）二次諧波制動(dòng)法。勵(lì)磁涌流中含有大量的高次諧波分量，而其中二次諧波占有很大比例。而相比之下發(fā)生故障的變壓器中則沒有這么多的二次諧波。因此，可以使用二次諧波制動(dòng)法來檢測(cè)勵(lì)磁涌流。這種方法主要是采用了對(duì)比的方式，操作起來比較簡(jiǎn)單，結(jié)果也比較明白易懂，因此得到了比較廣泛的使用。但是這一方法也有一定的局限性，因?yàn)橐恍┩饨绲囊蛩睾苋菀讓?duì)諧波產(chǎn)生影響。具體來說，變壓器低壓側(cè)串補(bǔ)電容、變電所電纜電容以及飽和產(chǎn)生的諧波等等都會(huì)影響對(duì)勵(lì)磁涌流中諧波的判斷。即使變壓器發(fā)生了故障，仍有可能因?yàn)閮?nèi)部諧波的含量較高，而導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作的延遲。這樣一來，原來預(yù)想的保護(hù)效果就無法完全實(shí)現(xiàn)。（2）間斷角識(shí)別法。其原理基礎(chǔ)是勵(lì)磁涌流波形會(huì)出現(xiàn)間斷，通過對(duì)間斷角的觀測(cè)就可以鑒別勵(lì)磁涌流。在大多數(shù)情況下都適用，還能補(bǔ)足上一種方法的缺陷，在二次諧波含量較小的時(shí)候準(zhǔn)確鑒別勵(lì)磁涌流。要充分發(fā)揮該方法的作用，就必須精確測(cè)量間斷角。在實(shí)際應(yīng)用中，微分環(huán)節(jié)作為恢復(fù)間斷角的方式，卻存在著制動(dòng)量不足的問題。這樣的話，則難以達(dá)到制動(dòng)目的，也就是說不能及時(shí)快速的完成保護(hù)動(dòng)作[3]。（3）采樣值差動(dòng)保護(hù)。差動(dòng)保護(hù)中有一種比較獨(dú)特形式是采樣差值法。變壓器的差動(dòng)電流和制動(dòng)電流的采樣點(diǎn)可以構(gòu)成保護(hù)，實(shí)際操作中對(duì)采樣率的要求也并不高，因此也具有較強(qiáng)的實(shí)用性。常規(guī)相量差動(dòng)保護(hù)也能實(shí)現(xiàn)保護(hù)的作用，但是相對(duì)之下不如采樣值差保護(hù)的速度快，計(jì)算量也更為復(fù)雜，抗飽和能力也不強(qiáng)，因此采樣值差動(dòng)保護(hù)更具效率。（4）不對(duì)稱性識(shí)別法。由于勵(lì)磁涌流具有一定的波形特點(diǎn)，而這一特點(diǎn)是與非飽和波段的形態(tài)有著較大差異的，因此可以利用波形的原理來辨別勵(lì)磁涌流的存在。操作方法為選取差動(dòng)電流的部分波形，先進(jìn)行初步的處理，然后計(jì)算出波形的不對(duì)稱度。根據(jù)計(jì)算出來的結(jié)果來判斷是勵(lì)磁涌流還是故障電流。這種方法綜合利用了勵(lì)磁涌流的多項(xiàng)特點(diǎn)，檢測(cè)的結(jié)果比較準(zhǔn)確。但同時(shí)計(jì)算方法的選擇、波形本身的變化性等因素又都會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。（5）小波變換法。小波變換是現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)的典型，具有分辨時(shí)頻的功能。具體來說，它可以分辨出處于不同位置的信號(hào)及其特征，也能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)信號(hào)變化的方向和趨勢(shì)，并且還能夠進(jìn)行精確的定位分析。將小波變換法用于勵(lì)磁涌流的辨識(shí)，主要是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：首先對(duì)輸入的電流波形進(jìn)行小波變換，存在相鄰模極大值同號(hào)則說明為涌流，反之則需要再次進(jìn)行小波變換。另外，小波變換也能用于測(cè)量間斷角、提取突變量點(diǎn)等方式來鑒別勵(lì)磁涌流。

3 大型變壓器繼電保護(hù)的辦法

為了準(zhǔn)確的判斷流入保護(hù)裝置的是故障電流還是勵(lì)磁涌流，根據(jù)勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)，通常有以下方法：（1）采用具有速飽和鐵芯的差動(dòng)繼電器，如BCH-2型，其具有良好的躲過變壓器勵(lì)磁涌流的特性。（2）通過鑒別故障電流和勵(lì)磁涌流波形的區(qū)別，要求間斷角為60度～65度。（3）利用二次諧波制動(dòng)，制動(dòng)比一般為15%～20%。四是利用波形對(duì)稱原理的差動(dòng)繼電器。

當(dāng)大型變壓器發(fā)生故障的時(shí)候，需要通過繼電保護(hù)來維持電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)或者是避免產(chǎn)生更加嚴(yán)重的不利影響。采用差動(dòng)保護(hù)作為變壓器故障時(shí)的主保護(hù)，通過比較變壓器高壓側(cè)和低壓側(cè)之間的電流大小和相位，來判斷有無故障電流，此保護(hù)不僅操作起來比較簡(jiǎn)單，而且反應(yīng)十分靈敏，是電力系統(tǒng)中最主要的設(shè)備之一[4]。

除了差動(dòng)保護(hù)，大型變壓器的繼電保護(hù)還需要注意其他幾個(gè)方面：（1）需要對(duì)電壓器進(jìn)行過電流保護(hù)。根據(jù)電路發(fā)生短路時(shí)電流的大小以及自身的容量，過電流保護(hù)的具體方法有所不同。降壓變壓器適合采用一般的過電流保護(hù)，而升降變壓器則需要復(fù)合電壓?jiǎn)?dòng)的過電流保護(hù)。（2）需要進(jìn)行負(fù)荷保護(hù)。即應(yīng)該預(yù)防變壓器因負(fù)荷過載而導(dǎo)致過電流的情況。具體操作是將電流繼電器與單相線路進(jìn)行一對(duì)一的接線，當(dāng)變壓器過負(fù)荷時(shí)，繼電器能夠延時(shí)跳閘或是對(duì)電流采取措施。這兩種措施作為差動(dòng)保護(hù)的補(bǔ)充，能夠在差動(dòng)保護(hù)失效時(shí)發(fā)揮重要作用，也能加強(qiáng)對(duì)大型變壓器的保護(hù)效果。

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