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摘 要：随着现代社会经济的迅猛发展，电力工业作为重要的能源供应也得到了极大的发展。为了满足社会主义现代化建设的需要，远距离、大容量的输电越来越重要。而更高要求的输电同时也对变压器的功能提出了更高的要求。掌握变压器励磁涌流的规律和特点，是保护变压器的必要条件，也是提高变压器继电保护功能的有效方法。因此，对励磁涌流的原理和继电保护的措施进行研究，是电力行业必须认真对待的任务。
关键词：变压器；励磁涌流；继电保护；差动保护
1、变压器励磁涌流概念及特点
变压器是交流输电系统中用于电压变换的重要电气设备，是一种依据电磁感应原理制造而成的静止元件。当合上断路器给变压器充电时，有时候，能够观察到变压器电流表的指针有很大摆动，随后，很快又返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常就被称为励磁涌流。
变压器励磁涌流有以下几个特点：第一，波形呈现尖顶形状，表明其中含有相当成分的非周期分量和高次谐波分量，其中高次谐波以二次和三次为主，并且，随着时间推移，某一相二次谐波含量可能超过基波分量的一半以上。第二，励磁涌流幅值与变压器空载投入的电压初相角直接相关。对于单相变压器来说，当电压过零点投入时，励磁涌流幅值最大。由于三相变压器各相间有120°相位差，所以涌流也不尽相同。第三，在最初几个波形中，涌流将出现间断角。第四，涌流衰减的时间常数与变压器阻抗、容量和铁心材料等都相关。
2、变压器的励磁涌流问题
目前，变压器的差动保护是能够维持电力输送稳定和连续的重要保护力量。尤其是对于变压器的工作来说，往往承担着较重的输电任务。不仅外部环境上输电量大、距离较远、电压较高，而且客户对于输电的安全稳定性有很高的要求，因此其差动保护显得更为重要。然而当前变压器的差动保护效果并不理想。下面本文将简单介绍变压器励磁涌流的相关问题。
2.1 励磁涌流的产生及危害
励磁涌流的产生是源于铁芯的磁饱和。当合上断路器给变压器充电时，有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大，然后很快返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常称之为励磁涌流。以下几种方面会导致涌流的产生：励磁涌流通过因影响电流的大小（一般是超过额定电流数倍甚至几十倍），或者是通过流入纵差保护的差动回路来对变压器造成损害。当变压器空载合闸时，变压器也会产生励磁涌流。而同时与之相邻的运行变压器可能发生饱和现象，从而产生励磁涌流。
总的来说，励磁涌流对于电压器以及整个电路系统的正常运行有严重的干扰和破坏。因此需要进行差动保护。从其产生的危害来说，励磁涌流可能会引发变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运频频失败；或者因为误动保护而使各侧符合过载；或因电动力过大而损伤变压器；电压在此影响下容易发生急剧变化，影响到输电的稳定和其他电器设备的工作；输电电能的质量也会因此而下降等等。
就励磁涌流的特点来说，理论上讲励磁涌流是可以通过科学的方法进行抑制甚至是消除的。但是在实际中，由于无法达到高要求的技术，因此只能想办法尽量减小励磁涌流的危害。如果能够计算清楚变压器断电时候的剩磁极性，就能够控制电源电压相位角，让偏磁与剩磁极性正好相反，以此抑制磁路饱和的状态。而饱和的磁路正是产生励磁涌流的必要条件[2]。
2.2涌流对变压器继电保护的影响
差动保护因具有简单的动作原理，较高的灵敏度，始终被认为是保护变压器的主力，可是在实际操作中却因为一系列不明原因多次产生误动，这些现象的产生是否与励磁涌流存在关联，以下是来自几个方面的分析。
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发生励磁涌流时，不管发生的是并联状况还是串联状况，针对于变压器合闸来说，同变压器普通的合闸相同，仅在一侧出现电流，其差流就是励磁涌流自身。可是针对运行的变压器来讲，情况则是明显不同，假定这里的运行变压器正处于空载操作，以单相实施为例进行分析。
①对于运行变压器产生的串联，其差流状况类似于励磁涌流并联变压器运行，因为变压器保护自身具备的励磁电流，所以出现了不同的制动电流，主要是因为在时间上存在着相反极性的操作，所以，制动电流在串联时要明显比并联时大，这种情况有利于差动保护。
②合闸变压器一次侧涌流才表现的波形特点同一般变压器实施合闸操作时出现的励磁涌流并没有显著的不同，仅仅是变慢了衰减速度而已，因此对励磁涌流鉴别的现存方法依然能够使用。在运行变压器产生的励磁涌流，从其产生的本质分析也是因为偏磁致使变压器饱和引发的，多以电流一次的波形特点同励磁涌流并没有显著的差异。同时因为励磁涌流产生的间断角比180°小，判据励磁涌流操作条件相较于一般的合闸变压器具备的励磁涌流更加良好，易于辨别。
③励磁涌流出现并联时，根据运行变压器产生的涌流波形能够获知，虽然励磁涌流具备的幅值表现出先增大后减小的现象，可是始终比较高的是谐波二次的含量，并且起伏情况不明显，仅仅是伴随着饱和变压器的变化程度而变化。因此，假如电流互感器能够对测电流实施正确转变的话，产生的励磁涌流并不能对检测差动保护中的涌流操作造成直接性的影响。
④出现励磁涌流，造成变压器中衰减涌流的速度减慢，更加容易形成相应变压器对应侧的饱和，随之增加的还有饱和的严重性。因为励磁涌流并联时合闸与运行变压器表现出了相似的特点，涌流仅存在一侧，由于衰减速度减慢造成了更急严重的饱和现象，进而造成差流波形产生比较严重的形变，间断角完全消失，对其谐波进一步分析说明：二次谐波含量在一般情况下不会出现下降的情况，因此不会影响到二次谐波的制动原理。可是因为鉴别涌流原理存在着比较敏感的饱和，会存在着不利的影响。
3、变压器继电保护的办法
为了准确的判断流入保护装置的是故障电流还是励磁涌流，根据励磁涌流的特点，通常有以下方法：（1）采用具有速饱和铁芯的差动继电器，如BCH-2型，其具有良好的躲过变压器励磁涌流的特性。（2）通过鉴别故障电流和励磁涌流波形的区别，要求间断角为60度～65度。（3）利用二次谐波制动，制动比一般为15%～20%。四是利用波形对称原理的差动继电器。
当变压器发生故障的时候，需要通过继电保护来维持电力系统的正常运转或者是避免产生更加严重的不利影响。采用差动保护作为变压器故障时的主保护，通过比较变压器高压侧和低压侧之间的电流大小和相位，来判断有无故障电流，此保护不仅操作起来比较简单，而且反应十分灵敏，是电力系统中最主要的设备之一。
除了差动保护，变压器的继电保护还需要注意其他几个方面：（1）需要对电压器进行过电流保护。根据电路发生短路时电流的大小以及自身的容量，过电流保护的具体方法有所不同。降压变压器适合采用一般的过电流保护，而升降变压器则需要复合电压启动的过电流保护。（2）需要进行负荷保护。即应该预防变压器因负荷过载而导致过电流的情况。具体操作是将电流继电器与单相线路进行一对一的接线，当变压器过负荷时，继电器能够延时跳闸或是对电流采取措施。这两种措施作为差动保护的补充，能够在差动保护失效时发挥重要作用，也能加强对变压器的保护效果。
结束语
大型变压器是电力系统中至关重要的设备，寻求一个安全、可靠、灵敏的变压器保护方案，一直是国内外电力系统学者们研究的热点问题。本文在对变压器励磁涌流的识别方法进行了归纳总结，将其分为经典经典方法和传统方法，为工作人员识别变压器励磁涌流提供了借鉴和帮助。
参考文献：
[1]张传利，黄益庄，马晓旭等．改进递归小波在变压器保护中的应用研究[J]．电力系统自动化．1999，23（17）：20～22
[2]李贵存，刘万顺，贾清泉等．一种利用小波原理防止变压器差动保护误动的新算法[J]．电网技术，2001，25（7）：48～51，55
论文作者:杨琳,李之远
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/8
标签：变压器论文; 励磁论文; 电流论文; 差动论文; 谐波论文; 波形论文; 电压论文; 《电力设备》2017年第11期论文;