摘要：本文分析了变压器励磁涌流产生的原因，阐述了励磁涌流的特点，论述了变压器励磁涌流对线路差动保护的影响，并在此基础上探讨了变压器励磁涌流对线路差动保护影响的解决方法，以供相关人员参考。
关键词：变压器；励磁涌流；差动保护；三相开关合闸；间断角识别法
近些年来，我国社会经济快速发展，社会用电量不断增加，为有效满足社会大众的用电需求，各大电力公司不断扩大电网建设规模，并对各电网的日常运行进行严格监控。变压器差动保护装置是电力系统的重要组成部分，其主要功能是在电力系统出现故障后，第一时间将故障切除，并确保及时恢复供电。如果线路差动保护装置在变压器励磁涌流影响下而出现故障，将会严重威胁到电力系统的运行安全。因此，必须采取一定措施，有效消除变压器励磁涌流对线路差动保护的影响。
1.励磁涌流的产生原因和特点
导致变压球励磁涌流出现的原因在于：变压器一侧电压瞬间增大，其铁心在电压突变量和剩磁同相叠加后出现饱和。当变压器空载合闸的情况下，合闸一侧的电压瞬间增大，或切除外部故障后所在侧电压瞬间增大，这些状况的发生都会产生较大的励磁涌流[1]。
当变压器工作状态稳定时，其铁心内的励磁一般要比外加电压滞后90°，当空载合闸正处在电压瞬时值U=0的情况下电路被接通，那么铁心内会产生磁通-Φm，不过该磁通不能突变，所以会产生1个非周期分量的磁通，该磁通的幅值为+Φm。如此进行0.5个周期之后，铁心内的磁通就增加到2Φm，若其中还存在剩余磁通Φs，难免磁通总量就是2Φm+Φm，这是变压器的铁心已经十分饱和，励磁电流会急剧增加，最大值能超过额定电流的6倍。此类电流被叫做变压器的励磁电流。
影响变压器励磁电流的衰减时间以及具体大小的因素有很多，主要包括铁心内剩磁方向及其大小、变压器容量、电源容量以及外加电压相位等。比如，如果电压瞬时值最高的情况下进行合闸，就难以产生励磁涌流，仅有正常情况下的励磁电流。从三相变压器来看，不管何种瞬间合闸，都会产生两相及以上的励磁涌流。
在励磁涌流内，有诸多高次谐波以及非周期分量，不看基波与非周期分量的情况下，二次谐波是高次谐波电流中的最高值所在。变压器励磁涌流现象最为显著的特点就是二次谐波电流的出现，主要原因在于其他工况下几乎没有偶次谐波的出现。
励磁涌流的一次波形存在较为显著的间断角，这励磁涌流体现出的另一个明显特征。励磁涌流与短路电流一样，其幅值非常大。变压器差动保护装置不能避开励磁涌流，就极易出现误动现象。为避免此类问题的发生，工作人员可根据励磁涌流的特性，构建差动保护的闭锁条件，尤其是闭锁判据的有效确定是重点。
2.励磁涌流对变压器差动保护的影响
导致变压器差动保护装置内产生不平衡电流的根源非常多，其中在两种情况下产生的励磁涌流对其的影响最大，一种是变压器空载合闸时产生的励磁涌流，另一种是切除外部故障后恢复供电时产生的励磁电流。通常情况下，励磁电流非常大，会超出变压器额定电流的很多倍。同时当励磁涌流通过变压器电源侧时，由于负荷侧是开路状况，没有电流，励磁涌流就会进入差动回路，如果差动保护不能规避这些电流，就会发生误动现象[2]。
很多变压器差动保护都是采用二次谐波制动或更高次谐波制动，因为超高压远距离输电线路或电缆对地电容、大容量无功补偿电容，当变压器内部发生短路问题后，若电流互感器饱和而造成短路电路波形出现畸变现象，此类短路电流中也存在二次或四次谐波电流，这就导致涌流元件误判成励磁涌流，从而造成差动保护出现延迟或拒动现象，对变压器造成较大损害。在存在故障的变压器进行空载投入的情况下，因差动保护对励磁涌流产生制动，同样会导致差动保护延迟。
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3.励磁涌流对差动保护的影响及解决方法
3.1抑制励磁涌流
第一点，对三相开关合闸时间进行有效控制。对三相合闸时间进行严格控制，能够在空载合闸情况下促使铁芯内磁通不出现突变，防止磁通发生饱和，进而对励磁涌流实现有效抑制。影响合闸时刻的影响主要是铁芯内的剩磁，但剩磁存在诸多形式，所以可针对其不同分布形式采用相应的合闸方式。采用该方法所能达到的最佳效果是，能够促使励磁涌流下降到初始阶段的2%。不过，在具体使用该方法的过程中，常常会受到断路器前击、剩磁测量误差等诸多方面的影响。
第二点，内插电阻法。由于变压器空载合闸的过程中，三相励磁涌流存在不均衡现象，将一个接地电阻连接在变压器中性点位置，能够有效承载这些不均衡电力，进而促使励磁涌流大幅度衰减，同时接地电阻还能将铁芯中的电压有效削减，从而对铁芯饱和过程中进行一定程度地阻止。这种方法较为简单，成本也相对较低。不过，当变压器三相在同一时间进行合闸的情况下，该方法所发挥的作用并不明显，其仅能削减四成励磁涌流幅值，并且还需合理选定接地电阻与延迟时间。
第三点，对变压器绕组分布方式进行有效改变。工作人员可对变压器原边或副边线圈绕组的分布形式进行一定改变，通过增加涌流或暂态情况下的等效电感来实现对励磁涌流的有效抑制。该方法立足本质，有利于变压器的改造，不过该方法的运用需要对变压器结构进行改变，极易带来其他相关问题，这对其的应用发展形成一定阻碍。
3.2优化差动保护
第一点，二次谐波制动法，该方法主要是通过差动电流内的二次谐波与基波模值比，对励磁涌流现象的发生进行判断，现阶段该方法已经被普遍应用在各种具体保护装置内。变压器铁芯剩磁、系统阻抗以及合闸角等对励磁涌流内的二次谐波含量有很大影响。受材料性质影响，目前制造出的变压器励磁特性出现一定改变，从而造成涌流过程中二次谐波含量出现下降，进而极易引发差动保护装置发生误动。
第二点，间断角识别法。励磁涌流波形通常存在较大的间断角，而间断角识别法就利用这个特征对差流间断角进行检测，从而达到判断励磁涌流的效果。目前该方法已经普遍应用在具体的保护装置中，不过还需面对由于电流互感器传变而导致间断角变形的问题。在电流互感器饱和的情况下，涌流间断角区域会有反向电流出现，并且该反向电流值与电流互感器饱和程度呈正相关，当互感器过于饱和的情况下，会导致涌流间断角逐渐消失，从而造成变压器出现励磁涌流时，差动保护发生误动。而从内部故障来看，差流间断角会随着电流互感器的饱和而变大，从而导致变压器内部故障时，差动保护出现拒动现象。
第三点，波形对称法，该方法是通过对比差电流导数的前半波与后半波，并在对比结果的基础上对励磁涌流进行判断。对于高压电网内的大型电力变压器，可尽可能对后备保护进行简化，以达到双重主保护的目的，也就是安装两个差动保护装置，通过不同原理来实现对差动保护的优化。例如，可采用一套基于二次谐波制动原理的差动保护装置，另一套则采用基于波形对称原理的差动保护。相比于间断角法，波形对称法更易实现，但在励磁涌流波形具有多样性与不确定性等特点，若所选比较阈值过大，则会导致差动保护发生误动。
4.结语
总之，由于励磁涌流的存在，很多变压器在切除故障后恢复供电时或进行空载合闸的过程中，常常由于励磁涌流的产生，而造成线路差动保护出现误动或拒动现象，进而对电力系统的顺利运行产生不良影响。面对这种情况，工作人员应充分把握励磁电流产生的原因及其特点，深刻认知变压器励磁涌流对线路差动保护的影响，并合理采取抑制励磁涌流、优化差动保护等相关措施，有效提高差动保护装置动作的准确性。
参考文献：
[1]付朝勇.变压器励磁涌流对线路差动保护的影响及改进措施[J].电工技术，2018（1）：102-103.
[2]骆建龙.励磁涌流引起主变差动保护动作的原因及防范[J].冶金丛刊，2017（2）：49-50.
论文作者:唐智
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/13
标签：励磁论文; 变压器论文; 差动论文; 电流论文; 谐波论文; 剩磁论文; 情况下论文; 《电力设备》2019年第3期论文;