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摘要：励磁涌流是造成变压器差动保护误动的主要原因之一。分析励磁涌流与区内故障电流波形特征差异及采样值概率分布差异，提出一种基于变压器差动电流偏度系数的励磁涌流识别方法。正弦特性的区内故障电流偏度为负且保持不变，取绝对值后的全工频周期偏度与半工频周期偏度相等；励磁涌流的全周期偏度为正，且与半周期偏度系数存在较大差值。本文将分析和应涌流产生的原因、影响和应涌流的因素并提出一些防范差动保护误动的措施。
关键词：变压器；励磁涌流；抑制技术
1、变压器励磁涌流的判别
正常运行时，变压器励磁电流≤（2～10）%In，在发生外部故障时，造成电压降低，此时励磁电流更小，对差动保护的影响可不用考虑。当变压器发生保护区外故障切除或空载投运，电压恢复正常的过程中，在磁通中出现的非周期性暂态分量与铁芯剩磁共同作用下，变压器铁芯变得饱和，此时励磁电流的瞬时值达到（5～10）In，这就是励磁涌流。励磁涌流反应到保护回路有可能引起差动保护误动作。如何让变压器励磁涌流不会引起差动保护误动作很重要，变压器差动保护发展到目前，已出现许多关于励磁涌流和短路电流的判别方法，现简要介绍如下：
1.1、励磁涌流识别思路
取差流一周期采样数据，一周采样80点，然后对取得数据进行取绝对值处理，最后对这一组数据求偏度系数。再取半周期数据即40点采样点，取绝对值后求偏度系数。故障信号近似为正弦波。正弦波取绝对值后偏度系数为-0.5左右，分布左偏。由于正弦波取绝对值后具有周期性，周期为1/2工频周期，任意半工频周期数据和全工频周期数据分布的偏度系数相等且为-0.5左右。励磁涌流中含有间断角，非平稳波形以及非周期分量[10-11]，其采样值求绝对值后的概率分布不对称且右侧有大的拖尾，其全周期的偏度系数为正，且随时间变化；励磁涌流半周期偏度系数变化差异很大，偏度值有正有负也不为固定值，与正弦波全周期与半周期偏度系数都维持在-0.5左右形成很大差异。本文利用该差异来识别励磁涌流与故障电流。
1.2、从短路电流波形与涌流波形特征不同来区分
波形区分法。（1）波形区分法是利用励磁涌流受到变压器空载合闸时电压的初相角、剩磁和铁芯磁化特性的非线性等因素的影响，呈现严重的非线性变形，远远偏离电压的正弦特性，具有明显的非对称性。见图1，图2。
（2）根据图1和图2可以看出：①波形为衰减的非正弦尖顶波，峰值很大。中、小型变压器励磁涌流峰值可＞10In；大型变压器峰值则较小，一般≤4.5In。②含有大量非周期分量，波形偏于时间轴一侧。③含有大量高次谐波，主要是二次谐波。
1.3、二次谐波制动
由于励磁涌流波形包含基波及各种高次谐波，因此，利用谐波制动的差动保护应运而生；又由于偶次谐波远高于奇次谐波，所以变压器差动保护主要是二次谐波制动。经过科学实验和大量实际运行结果，二次谐波制动的差动保护其临界谐波比m2一般设定为0.15～0.2。在绝大多数情况下，二次谐波制动差动保护能够区分励磁涌流和短路故障，但有以下不足：（1）对Y0/Δ接线的三相电力变压器，常会出现对称性谐波，其偶次谐波含量很少。此时如用分相制动原理变压器差动保护可能会误动作。此时应该采用三相综合制动法。（2）由于变压器外部存在长线分布电容、无功补偿电容发生内部短路时有可能发生谐振，产生谐波分量。若二次谐波含量较多会产生制动，差动保护不会动作，直到二次谐波含量减少到较少时保护才开放。此时，可以采用电压控制式二次谐波制动保护。
1.4、根据励磁阻抗变化来判别
这是一种新型的判别方法，它是利用变压器正常运行或发生故障时励磁阻抗基本不变，而励磁涌流时励磁阻抗会产生明显且幅度较大的变化，利用这一特性就可以区分励磁涌流和短路故障，这种方法不需要系统参数，也不需要变压器参数。
（1）在变压器正常运行时励磁电流很小（大型变压器通常＜1%In），此时励磁阻抗很大，一般以变压器Un和In为基准的励磁阻抗Zm＞100。励磁阻抗Zm随励磁电流上升呈反比下降，在变压器空载合闸时，Zm的最大值与最小值相差很大，可能是几十倍，甚至是上千倍。据此可以利用测量励磁阻抗的变化来判别故障电流与励磁涌流。
（2）当阻抗变化未超过设定值时，则是故障电流，若超过设定值就是励磁涌流。
（3）利用故障电流和励磁涌流波形差别较大原理进行变压器差动保护时除需要变压器参数外，还要对线路进行严格计算，而利用测量励磁阻抗值进行判别时，只需粗略估计，不用进行严格的数学计算。
（4）利用测量励磁阻抗变化进行涌流与故障判别时，充分利用了计算机的计算能力，动作速度快且稳定，保护的动作时延可以控制在30ms以内。
2、变压器励磁涌流抑制措施
2.1、空载投入励磁涌流抑制新技术
为了限制变压器空载合闸瞬间励磁涌流的迅速增大，采用带合闸电阻的励磁涌流抑制方法，即是在变压器合闸时串联上合闸电阻，合闸后再将合闸电阻切除。带合闸电阻的励磁涌流抑制原理。该模块串接在供电系统中，当变压器空载投入时，首先投入预充电回路，即进行带电阻合闸，完成对变压器空载合闸时励磁涌流的有效抑制，将励磁涌流控制在系统允许的范围之内，到达设定时间后，闭合主回路接触器，将串接电阻切除，完成变压器的软启过程。
2.2、防范措施
对于差动保护而言，变压器励磁涌流就相当于变压器内部故障时流过的短路电流。在实际应用中通过利用二次谐波制动判据、间断角原理判据和波形对称判据闭锁变压器差动保护，防止励磁涌流引起差动保护误动。这些方法对于和应涌流则不同，和应涌流的波形与励磁涌流的特征虽然无明显差异，但和应涌流中的二次谐波分量并不是在和应涌流最大时最大，而是随着和应涌不断流衰减而不断增大。在一定的合闸时刻及变压器剩磁的情况下，差流中的基波分量大于差动定值，但二次谐波分量小于谐波闭锁值，将造成差动保护误动。差动保护的二次谐波闭锁系数一般整定为0.15，为了防止和应涌流造成误动，可以适当降低二次谐波闭锁系数定值。
参考文献：
[1]吴良宇,魏伟,张小童.变压器差动保护励磁涌流的判别[J].设备管理与维修,2017(19):24-25.
论文作者:曹慧慧
论文发表刊物:《基层建设》2018年第7期
论文发表时间:2018/5/23
标签：励磁论文; 变压器论文; 谐波论文; 波形论文; 差动论文; 电流论文; 周期论文; 《基层建设》2018年第7期论文;