周永亮，萬麗君，邢帆帆

（許繼變壓器有限公司，河南 許昌461000）

高壓遠(yuǎn)距離傳輸電線，大容量變壓器被廣泛應(yīng)用在社會各行各業(yè)的電力傳輸中，其對于變壓器保護(hù)的可靠性和快速性都提出了較高的要求。在變壓器縱差保護(hù)過程中，勵磁涌流的識別是一個關(guān)鍵問題，也成為了不同縱差保護(hù)方案的區(qū)別。在最近十幾年中，國內(nèi)外對于繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用提出了多種勵磁涌流判別的算法，本文以此為基礎(chǔ)，全面分析了變壓器勵磁涌流的識別算法。

1 淺析勵磁涌流產(chǎn)生原理

變壓器勵磁涌流產(chǎn)生主要就是因為變壓器的鐵芯呈飽和狀態(tài)。從變壓器的原邊來分析，可以將變壓器勵磁回路作為非線性電壓，如果當(dāng)時系統(tǒng)和變壓器的運行都正常的話，并且鐵芯沒有處于飽和狀態(tài)，那么其就具有較大的導(dǎo)磁率。其實可以將勵磁回路看成是一個有鐵芯的電感線圈，如果其繞組電感越大，那么勵磁電流就越小，小到可以忽略不計。在變壓器外部出現(xiàn)問題的時候，由于電壓非常低，這個時候的勵磁電流非常小，所以其的影響也較小。但是在切除外部故障或者空載合閘恢復(fù)電壓的時候，鐵芯呈飽和狀態(tài)導(dǎo)磁率就接近于1，并且可以將勵磁回路作為空心線圈，其具有較低的回路電感，并且勵磁涌流較大。［1］

2 勵磁涌流識別的方法研究

目前，工程中變壓器設(shè)備的主保護(hù)為二次諧波制動比率電流差動保護(hù)，其能夠保護(hù)變壓器內(nèi)部、套管，引出線上短路故障，不用和其他設(shè)備相結(jié)合，也能夠無延時切斷內(nèi)部短路故障。差動保護(hù)的原理是以基爾霍夫定律為基礎(chǔ)，將變壓器看為節(jié)點，節(jié)點流入電流與流出的電流相等，根據(jù)差流參量形成對接點保護(hù)。變壓器并不是非線性復(fù)雜元件，其會受到不平衡電流的影響，包括勵磁涌流。所以，目前變壓器差動保護(hù)中的首要問題就是內(nèi)部故障電流和勵磁涌流的識別［2］。

2.1 二次諧波制動的原理

二次諧波制動的原理基礎(chǔ)為：和內(nèi)部故障電流比較，差動元件變壓器中的勵磁涌流具有較多的二次諧波，將其進(jìn)行測量，使用分量差異閉鎖勵磁涌流。二次諧波制動辨別式為：

式中，Id1表示基波；Id2表示二次諧波的幅值；K表示制動比整定值，制定比整定值的范圍一般在15%～20%之間。

二次諧波制動原理較為簡單，并且容易實現(xiàn)，目前判斷勵磁涌流在實際運行中狀態(tài)都是通過二次諧波制動原理進(jìn)行的。但是，現(xiàn)代電力系統(tǒng)在不斷的發(fā)展，并且變壓器鐵芯特征也在不斷的變化，在二次諧波制動原理的差動保護(hù)過程中也出現(xiàn)了一系列的問題。

由于勵磁涌流為靜止電流，不適合使用傅里葉級數(shù)諧波分析。對大衰減靜置電流來說，其周期的延伸會影響二次諧波大小，容易造成誤判；二次諧波制動比的選擇是非常困難的。

2.2 波形對稱的原理

變壓器勵磁涌流中具有高次諧波和二次諧波，并且具有嚴(yán)重的波形畸變，出現(xiàn)前半周期波形、后半周期波形和間斷角不對稱，對稱涌流和不對稱涌流都是這樣。在變壓器出現(xiàn)內(nèi)部故障的時候，差流波形前、后半周期波形具有明顯的對稱性。波形對稱的原理是根據(jù)一周波數(shù)據(jù)前、后半波對稱性的差異比較實現(xiàn)勵磁涌流的識別。波形對稱原理分為積分形、微分型和波形相關(guān)性。

3 變壓器勵磁涌流識別算法

在電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常產(chǎn)生的電壓信號或者異常電流都是基波分量、諧波分量和直流分量疊加信號，傅式算法是信號提取算法，并且能夠濾除高次諧波的能力，將傅式算法應(yīng)用到微機保護(hù)中，可以不進(jìn)行數(shù)字濾波環(huán)節(jié)。傅式算法分為半波傅式算法和全波傅式算法，兩者算法如下：

3.1 半波傅式算法

半波傅式算法使用故障電流信號為例子，如果電流波形為：

式中，i0為衰減直流分量幅值；τ為衰減直流分量衰減時間常數(shù)；In為基波幅值；αn為基初相角；ω1為基波角頻率。

半波傅式算法為：

經(jīng)過采樣離散化后算法為：

式中，N表示周期T 的采樣點數(shù)；k表示算法起點的采樣點序號。

半波傅式算法中存在一系列的問題，如果輸入信號中有衰減直流分量，那么就會導(dǎo)致倍頻幅值或者基頻賦值在計算的時候?qū)е抡`差。各國相關(guān)人士為了降低直流分量的影響，進(jìn)行了深入的研究，并且提出了各種方法，舉例如下：

思想：通過半波傅式算法將諧波分量和基波進(jìn)行提出，減去衰減回流分量中的誤差。

式中，ωa和ωb表示要濾除掉的誤差。

介紹：使用半波傅式算法對t∈［0，T／2］、［ΔT，ΔT＋T／2］、［2ΔT，2ΔT＋T／2］，ΔT＝T／N，取某一個采樣間隔Ts，也就是取k＝［1，N／2］、［2，N／2＋1］、［3，N／2＋2］三者中的數(shù)據(jù)，將其變換為半波傅式，得到提取量及直流分量的理論分析量為：（an，bn，ωa，ωb）、

其中，Ka＝cos（nω1ΔT）；Kb＝sin（nω1ΔT）

得出：

那么IRen＝an－ωa；Iimn＝bn－ωb

3.2 全波傅式算法

還是以故障電流信號為例，算法如3.1節(jié)，全波傅式算法表示為：

經(jīng)過采樣離散化后算法為：

式中，N表示周期T的采樣點數(shù)；k表示算法開始采樣點序號。

將故障電流信號式子帶入到全波傅式算法中，得出：

使：

式中，ΔC、ΔS表示要濾除的誤差；In表示倍頻信號幅值或者基頻值。如果輸入信號具有衰減直流分量的時候，因為I0≠1、1／τ≠0，那么ΔC≠0、ΔS≠0，所以在計算倍頻幅值或者基頻賦值的時候，將沒有校正的a［n］和b［n］表示為有用的實部和虛部的誤差。

為了降低直流分量的影響，提出了各種方法，舉例如下：

通過全波傅式算法將諧波分量或者基波進(jìn)行提取，并且將直流分量重的誤差減去。

使用全波傅式算法對t∈［0，T］、［ΔT，ΔT＋T］（ΔT＝T／2n），也就是使k＝［1，N］、［N／2n，N／2 N＋N］數(shù)據(jù)為全波傅氏交換，得出兩個結(jié)果a［n］、b［n］，分別是IRen和Iinm及ΔC和ΔS的線性組合，因為余弦和正弦函數(shù)對稱性有ΔC＝ΔS／nωτ，得出ΔC和ΔS的解為IRen＝a［n］－ΔC、Iimn＝b［n］－ΔS。

4 結(jié)束語

變壓器是不可缺少的電力設(shè)備，變壓器的性能與社會經(jīng)濟和人們生活著密切相關(guān)。勵磁涌流是阻礙變壓器運行安全的因素，所以使用針對性的抑制方法，能夠有效抑制變壓器勵磁涌流，其具有重要的現(xiàn)實意義。