（深圳供电局有限公司 广东深圳 518000）
摘要：变压器励磁涌流会对差动保护产生影响，造成保护装置误动作。通过分析励磁涌流的形成及其特点，对变压器励磁涌流的抑制及励磁涌流与变压器内部故障电流判别的方法进行探讨，并结合一起变压器送电过程中主变差动保护动作跳闸情况进行分析。经过相关的录波报告和差动保护定值阐述了励磁涌流对变压器运行的影响，并提出了一些运行以及预防的措施。关键词：励磁涌流；谐波；差动保护
前言
随着城市电网电力系统的发展，由多个子系统独立运行向并网运行转变，电力系统规模逐步扩大，对电力设备提出了更高的要求。变压器已成为电力系统的枢纽，其安全可靠运行是电力系统运行的关键。变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电气设备，其在空载合闸投入电网或外部故障切除后电压恢复时，在变压器线圈内会引起励磁涌流的产生。而励磁涌流的产生造成差动保护的误动时有发生，差动保护装置中虽然也有相应的闭锁，但实际应用中效果并不理想。
1励磁涌流的形成及其特点
1.1励磁涌流的形成
在能量转换过程中，当合闸瞬间电压为零值时，它在铁芯中所建立的磁通为最大值（- Φm）。可是由于铁芯中的磁通不能突变，即合闸前铁芯中没有磁通，这一瞬间仍要保持磁通为零。因此，在铁芯中就出现一个非周期分量的磁通Φfz，其幅值为Φm。变压器绕组中的励磁电流和磁场的关系是由变压器铁芯的磁化特性所决定的。铁芯越饱和，产生一定的磁通所需的励磁电流就愈大。由于在最不利的合闸瞬间，铁芯中磁通密度最大值可达2Φ m，这时铁芯的饱和情况将非常严重，因而励磁电流的数值大增，励磁涌流就产生了。简单的说可以将主变看成是一个大的电感元件，而电感元件的电流无法突变，因此，当其励磁电压发生变化时，将产生励磁涌流。
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图1 典型的励磁涌流波形
1.2励磁涌流的特点
励磁涌流的特点主要反映在励磁涌流的波形上，典型的励磁涌流波形如图1所示。
a）包含有很大成分的非周期分量，往往使励磁涌流波形偏于时间轴的一侧。
b）包含大量的高次谐波分量，并以二次、三次谐波为主；往往使励磁涌流波形产生间断角、平顶波、尖顶波。
c）励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢。
d）励磁涌流的数值很大，最大可以达到额定电流的6-8倍。
2 主变保护的励磁涌流识别原理
2.1谐波含量识别励磁涌流
励磁涌流时，波形中包含大量的高次谐波分量，主要以二次、三次谐波为主。
其中I2nd、I3nd分别为每相差动电流中的二次和三次谐波，I1st为对应相的差流基波，K2xb、K3xb分别为二次谐波和三次谐波制动系数整定值。一般整定为0.15。
2.2 波形畸变识别励磁涌流
励磁涌流时，因大量高次谐波的存在，使波形发生畸变、间断、不对称。
因此，故障时通过积分，计算其波形畸变是否达到整定值，判定其是否为励磁涌流。
3 励磁涌流对不同类型主变保护的影响
3.1 220kV主变保护
均采用二次谐波识别原理、波形畸变识别原理，且可以经控制字整定，“1”为谐波识别原理，“0”为波形畸变识别原理。但：
a）南瑞继保：同时采用三次谐波制动原理，分相闭锁差动保护。零序过流保护可经控制字整定，是否经励磁涌流闭锁（依据二次谐波含量辨识）。
b）国电南自：采用二次谐波制动原理时，任一相识别为励磁涌流闭锁差动保护；但采用波形对称原理时，分相闭锁差动保护。采用五次谐波闭锁差动保护，防止变压器发生磁饱和引起保护误动（磁饱和时五次谐波含量较高）。
c）许继电气：任一相识别为励磁涌流时，闭锁差动保护，但空投故障主变识别为励磁涌流闭锁差动保护时，可依靠虚拟正弦波技术识别故障，并短时开放差动保护。
3.2 110kV主变保护
采用二次谐波识别原理，任一相识别为励磁涌流即闭锁差动保护。
4 一起励磁涌流造成差动保护误动的具体分析
某变电站#3主变停运，对变压器进行了绝缘测试、绕组直流电阻测量、介质损耗试验、直流泄漏电流测试等预防性试验项目，变压器型号为：三相五柱、220kV、Y，d11接线、各侧TA 为Y 接线。检修后高压侧空载合闸，第一套主变差动保护动作跳闸，而第二套主变保护无动作信号。通过现场的保护动作报告（如下图2）可以看出，B相二次谐波含量为4%，远低于15%的定值，差动保护开放，导致保护动作跳闸。而第二套保护由于采用波形畸变识别励磁涌流，成功闭锁住励磁涌流引起的差动保护动作。
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图2 主变差动保护动作报告
进一步对故障录波的波形进行分析，如下图3所示，波形具有以下几点特征：1.三相电压不变；2.A、C相电流励磁涌流特征明显，三相电流幅值均不大；3.B相电流二次谐波含量较小，导致闭锁失败。但是含量从4%逐渐增加到8%，呈增加趋势；4.现场无瓦斯动作信号，现场检查瓦斯继电器，油位正常，主变本体无异常。综合以上信息可以看出是由于励磁涌流而导致的主变差动保护误动。
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图3 主变差动保护动作故障录波
5励磁涌流的防范措施
5.1 适当降低谐波闭锁涌流定值，以利于更好识别励磁涌流。
由上述波形可知，TA 二次侧励磁涌流波形完整而且明显；间断角明显；准稳态周期性的非正弦波形明显；二次谐波在合闸后第一个周波非常明显，但是第二个周波之后迅速下降至5% 以下，分闸前最后一个波形中二次谐波与合闸前第一个周波相似。通过与保护厂家研发人员的交流，空充三相变压器由励磁涌流导致的误动中，大部分是由于B相电流中二次谐波含量较小，未能闭锁保护所致。因此根据短路电流中没有二次谐波的特点，可以适当将二次谐波闭锁定值由通常的15% ~ 20%，调整为5%，从而提高差动保护空载合闸后的动作成功率。
5.2 建议对空投主变，短时投入涌流交叉闭锁的逻辑
由于现在主变保护中主要采用两种励磁涌流闭锁逻辑，而这两种逻辑各有优势，可以考虑在变压器空投时短时让保护中同时采用这两种逻辑同时进行判别，任一逻辑判断为励磁涌流即将差动保护闭锁。而由此又会带来保护灵敏度上的配合问题，使其发展有一定的
局限性。
5.3 采用同步合闸技术，选择适当相位角进行合闸，减小励磁涌流。
控制三相的合闸时刻，使铁芯中的磁通在空载合闸时不发生突变，避免铁芯磁通饱和，从而有效的抑制励磁涌流。合闸时刻与铁芯中的剩磁有关，由于剩磁有着多种分布形式，相应的也有不同的合闸策略。此种方法最佳情况时，励磁涌流的幅值可以削减98％。但在实际应用中，还会受到断路器机械合闸时间的偏差，断路器的前击，剩磁测量的误差，变压器铁芯和绕组配置的变化等多种因素的影响。
5.4 在主变进行绕组直阻测试后进行退磁
本次跳闸后技术人员不仅分析了波形，而且查阅了本台变压器之前空载合闸记录从未发生差动保护误动情况，同时该供电局此前某台220kV主变同样进行了上述高压试验项目后，首次冲击合闸也出现过差动保护动作的先例。针对此情况班组查找相关资料进行多次深入分析，最终认为本次空载合闸差动保护未躲过励磁涌流的重要原因是变压器绕组直阻测试时造成铁芯剩磁，导致空载合闸时励磁涌流增大。随后与高试班组进行交流后，其对变压器高压试验项目进行了调整并对绕组直阻测试电压电流和方法进行了优化。同时在进行绕组直阻测试后进行退磁。在此后2年的跟踪研究中，该类型变压器再未发生差动保护动作的情况。实践证明了变压器绕组直阻测试等高压试验项目对变压器励磁涌流的影响很大。
6 结束语
通过对近年来一起励磁涌流引起主变保护跳闸的研究分析，本文对励磁涌流的形成及其特点及引起差动保护误动的原因进行了全面探究，作者通过对具体案例分析并结合自己的现场工作经验给出了降低励磁涌流对差动保护影响的有效的处理方法，对防止差动保护误动和提高冲击合闸成功率很有效，极大的提高了电网的可靠性。
参考文献：
[1]葛来龙，倪雏东，朱桂权．空投变压器的励磁涌流分析及相关应用
[2]刘玉欢，陆于平，林霞.基于磁制动原理的特高压变压器励磁涌流快速识别
[3]岳志刚，杨国旺，曲艳华．励磁涌流对差动保护的影响及其对策
[4]国家电力调度通信中心.继电保护培训教材[M].北京；中国电力出版社，2009.
论文作者:袁志军
论文发表刊物:《电力设备》2015年6期供稿
论文发表时间:2016/1/12
标签：励磁论文; 谐波论文; 波形论文; 变压器论文; 差动论文; 绕组论文; 铁芯论文; 《电力设备》2015年6期供稿论文;