摘要：电力变压器是电力系统中重要的主设备之一，它遭受破坏时不仅会造巨大的经济损失，而且还会造成大面积的系统停电。励磁涌流一直都是造成变压器差动保护误动的重要因素，所以研究更灵敏更准确的变压器励磁涌流识别方法具有十分重要意义。本文对变压器励磁涌流特点和产生机理作了简单的总结。对励磁涌流的识别方法作了有条理的分类和对比分析。
关键词：电力变压器；励磁涌流识别；等效瞬时电感；内部故障
1 变压器励磁涌流的国内外研究现状
变压器励磁涌流一直是变压器保护问题研究的重点方向，如何防止变压器励磁涌流引起电流纵联差动保护误动，以及区分励磁涌流与内部故障是一个固有的，不可回避的难题。通常采用的励磁涌流鉴别原理中较为成熟且应用广泛的有二次谐波原理，间断角原理，波形对称原理等。
根据用于辨识励磁涌流所使用变量的差异，可简单地分为下面这三大类：⑴基于电流量，⑵基于电压量，⑶基于电流和电压量的识别方法等。同时，随着人们研究领域的逐步扩大，研究的层面的程度不断深入，许多现当代的比较智能的方法也积极地运用到识别励磁涌流上面来，其中具有典型性的是小波理论，神经网络和模糊理论等[1]。
2 励磁涌流产生的物理过程及其特点和影响因素
图2–1是一个单相变压器参数换算到一次侧后得到的等效模型。L1、r1、i1、u1分别为一次侧漏感、电阻、电流和端电压：Lm、rm、im分别为励磁电感、励磁电阻与励磁电流，Ψ为原副边的互感磁链。
图2-1单相变压器等值电路
如图2-1，根据变压器的磁化特性曲线，涌流产生的差流的大小和励磁支路的参数有关，也和铁芯的饱和程度有关。区外故障和正常运行时铁芯不饱和，差流电流值很小，一般不会超过额定电流值的2%~5%。变压器励磁支路电流在正常运行和区外故障这两种情况下对于电流纵联差动保护的影响往往可以常常乎略不计。但是当变压器不空载合闸或者当发生了外部故障消除之后电压升高到正常的电压值时时，变压器电压将会从零或很低的值瞬间升高到正常工作电压。在这个电压升高瞬间，变压器铁芯也许会达到深度饱和状态，然后出现很大的瞬时励磁电流，这个瞬时电流就叫励磁涌流。涌流产生的电流数值的最大值可以达到额定电流的6~8倍，涌流的大小与变压器的额定的容量大小有关系[2]。
3变压器励磁涌流识别方法分析
3.1 基于电流量的励磁涌流识别方法
励磁涌流中含有较多的偶次谐波分量，其中以二次谐波含量最为丰富，可以通过比较差动电流中二次谐波电流与基波电流幅值之比判别是否为励磁涌流。当比值较大时，判断为励磁涌流，比值较小时，判断为故障电流。
当出现励磁涌流时应有：
K —— 二次谐波制动比，可调整。
3.2基于波形特征的励磁涌流识别方法
励磁涌流波形存在间断角且不对称的特点，而故障电流波形基本对称，波形类似于标准正弦波的形式据此可构成基于波形特征的励磁涌流识别方法。
1）间断角原理
变压器出现励磁涌流时，其波形会出现明显的间断特征，而故障电流则没有明显的间断。该原理主要依据间断角的大小来识别涌流，为防止对称性涌流时的误判，当间断角较小时附加波宽判据[2]。
2）波形对称原理
励磁涌流波形存在间断角且不对称的特点，而故障电流波形基本对称，类似于标准正弦波的形式，据此可构成基于波形对称原理的励磁涌流识别方法。在实现过程中人们提出了很多不同的方案：积分型波形对称原理，将差动电流进行微分求导原理等。从数字滤波的角度来分析，波形对称判据的构成实质上是差分后差动电流中偶次谐波的瞬时值与奇次谐波包括基波分量的瞬时值相比。与二次谐波制动原理相比，波形对称判据充分利用了二次谐波以上的偶次谐波分量，提高了保护躲励磁涌流的能力。
3.3基于电流量和电压量的励磁涌流识别方法
上述原理仅用到变压器的电流量，而同时利用变压器的电压电流量能准确描述一台变压器的运行状态并有望得到较好的鉴别涌流的效果。随着新型微机保护的发展，综合电压和电流两个状态变量来描述变压器的运行状态，为变压器励磁涌流的识别和新型主保护的研究提供了新的方法和途径。目前主要分两类：磁通特性原理和等效瞬时电感原理。
1）基于磁通特性励磁涌流识别方法
磁通特性原理就是利用内部故障和励磁涌流时变压器磁链—差流曲线的差别，来构成磁通特性的识别方法。经试验所得的差动电流与变压器磁链关系曲线显示，当变压器产生涌流时dΨ/di随着i的变化在大值和小值间周期性的变化；而对于变压器内部故障状态，dΨ/di基本不变且数值较小，这一特征成为励磁涌流识别的重要判据[3]。
2）基于等效瞬时电感的识别方法原理分析[3]
根据单相变压器的 T 型等效电路，得到下面这个原边绕组的回路方程：
式中：△i为原副边差流，rk为等效电阻，Lk为等效瞬时电感，u1为原边绕组端电压。
变压器的磁化曲线具有非线性特性，在正常运行时候，变压器工作点位于磁化曲线的线性段，此时励磁电感较大，空载合闸产生励磁涌流时，变压器铁芯交替工作在磁化曲线的线性段和饱和段上，相应的励磁电感将经历一个由大变小，再由小变大的变化过程。当变压器绕组发生匝间短路时，相当于在励磁支路并联一个短路的第3绕组，此时的励磁电感比正常运行时的数值要小，而且基本不变。根据上述特征，在引入电压量后，可利用计算出的励磁电感大小和变化规律来识别励磁涌流和内部故障。
4. 结论
在广泛搜集与查阅了国内外相关领域文献资料的基础上，对现有的涌流识别和抑制方法进行了深入研究，分析了它们各自的优点与不足，并且从中发现对于现代变压器保护，仅靠一种判别方法都还不能做到 100%正确识别励磁涌流，需要将多种识别方法结合起来使用，取长补短。保证在变压器保护中，能正确识别励磁涌流，减少保护误动，提高保护正确动作率。
参考文献：
[1] 张严. 变压器励磁涌流识别和抑制技术的研究[D].湖南：湖南大学电气与信息工程学院，2014.
[2] 焦彦军. 电力系统继电保护原理[M]. 北京：中国电力出版社，2015.
[3] 葛宝明，于学海，王祥珩，等．基于等效瞬时电感判别变压器励磁涌流的新算法[J]．电力系统自动化，2004．
论文作者:徐文玮
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/22
标签：励磁论文; 变压器论文; 电流论文; 波形论文; 谐波论文; 原理论文; 方法论文; 《防护工程》2018年第32期论文;