葛廷岩
（大唐新能源辽宁公司 辽宁 116300）
摘要：变压器励磁涌流和内部故障的可靠识别是实现变压器差动保护的关键，它直接影响着变压器差动保护正确动作率。而因变压器励磁涌流引起的差动保护误动又时有发生。本文结合一次 220 kV 主变在空载投运时发生因励磁涌流引起的差动保护误动故障，对励磁涌流的特性、保护误动的原因及如何躲开励磁涌流的影响等进行探讨分析。
关键词：励磁涌流 变压器差动保护；二次谐波
一 励磁涌流的产生原因及特点
1 励磁涌流的产生原因
变压器是根据电磁感应原理制成的电气设备。正常运行时，产生的励磁涌流很小，只不过是额定电流的3%-5%。当变压器空载合闸投入运行或断开外部故障后电压恢复时，可能会出现数值较大的励磁电流，可达到额定电流的6-8倍，更大的甚至可以达到10倍，空载合闸正好在电压瞬间值为零时，它在铁芯中所建立的磁通为最大值（-Φm），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，铁芯中出现非周期分量的磁通Φm，磁通-Φm与Φm相抵消。经过半个周期，变压器铁芯中的总磁通将达到最大值2Φm，此时铁芯处于严重饱和状态，因而励磁电流的数值剧烈增大，形成励磁涌流。励磁涌流的衰减速度和大小与合闸瞬时电压的相位、剩磁大小和方向有着直接的关系。
2 励磁涌流区别于变压器短路时的特点
（1）励磁涌流因含明显的非周期分量电流，使励磁涌流波形明显偏于时间轴的一侧；
（2）励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8-10倍。
（3）励磁涌流的大小与合闸角、铁芯剩磁的大小和方向，以及铁芯剩磁等有关。
（4）励磁涌流中含有大量的高次谐波分量，其中以二次谐波分量电流为主。因此励磁涌流非正弦波，呈现尖顶波，相邻两个波形之间出现间断，波形间断的宽度为间断角。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆对于三相变压器，三相二次谐波大小不同，但总有至少一相的二次谐波较大。
（5）一般情况下变压器容量越大，抗阻比X／R越大，衰减常数越大，衰减的越慢。小容量的变压器几个周波即可达到稳定；而大型变压器衰减持续时间可达几十秒。
影响其波形特征的因素有很多，如系统电压和系统阻抗大小、合闸初相角、剩磁磁通大小和方向，中性点接地方式、三相铁芯型式等，都会影响励磁涌流。而励磁涌流的特点主要反映在励磁涌流的波形上。
二 励磁涌流对差动保护的影响及解决方法
1 励磁涌流引起变压器差动保护误动的危害
（1）投运变压器时和区外故障切除后电压突然恢复的暂态过程中产生的励磁涌流引起变压器差动保护误动。
（2）投运变压器时产生的励磁涌流，还可能诱发邻近运行变压器产生“和应涌流”，导致相邻变压器保护误动作。
（3）励磁涌流中的非周期分量导致差动保护一侧电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低测量精度、差动回路电流增大，制动电流减小，易造成差动保护误动作。
2 差动保护定值配置
以折线型比率制动特性的差动保护为例说明，一般差动保护需要配置：TA安装位置及保护范围、最小启动电流；最小拐点电流、折线斜率、二次谐波或偶次谐波制动比例等。整定计算中所用到的数据应参考实际可能出现的实验数据，同时应针对保护装置类型进行保护定值设置不可一概而论参考经验值，这才是具有实际意义的差动保护配置。
3 变压器励磁涌流的鉴别方法
3.1二次谐波电流制动
当差动保护中的二次谐波电流大于二次谐波制动系数于差动电流的乘积时判断为励磁涌流，闭锁差动保护，否则开发差动保护加速保护动作。在电力系统中二次谐波制动原理的差动保护应用较为普遍，但随着电网不断增大应注意以下问题：当变压器用电缆连接时，变压器区内短路故障差动电流中的二次谐波含量可能较高，会引起纵差保护延时动作或拒动；对于部分大型变压器的工作磁通与铁芯饱和磁通之比有时取得较低，导致励磁涌流中的二次谐波含量较低，保护可能会发生误动。同时励磁涌流中经常会含有较大直流分量，直流分量并非励磁涌流独有，若以直流分量作为差动保护的制动量，将造成区内短路故障时势必延时动作，因此直流分量不宜作为差动保护的制动量。
3.2间断角原理
励磁涌流波形有明显间断角特征，通过检测差流间断角的大小实现鉴别涌流的目的。但面临着电流互感器在饱和状态下会使传变后的二次电流间断角发生变形甚至消失的问题。对于内部故障电流而言，电流互感器饱和将导致差流的间断角增大，而且电流互感器饱和越严重，其差流间断角越大。利用间断角特性作为涌流制动量的差动保护，在处理上对硬件要求高，主要体现为：a．需要较高的采样率以准确测量间断角，b．需要高分辨率的A/D转换芯片以准确测量间断角处电流大小。
三 励磁涌流引发的差动保护误动案例分析
1事故经过：2013年8月1日风场电气设备停电预试，预试工作结束后2013年8月2日19时29分进行#1主变（电压等级为220kV）送电操作，空载合2201断路器时，差动速断保护动作跳闸，保护动作后，现场人员对差动保护范围内的一次设备和二次回路及差动保护装置进行检查无异常。
2保护动作报文：2013年8月02日19时29分46秒149毫秒差动速断保护动作，相别A相，动作时间7ms，三相电流分别为Ida=5.75A、Idb=2.98A、Idc=4.07A差动速断保护的定值为：5A。
3动作原因分析：
1）事故原因调查：检查差动保护范围内的一次设备和二次回路及差动保护装置进行检查无异常。对主变进行了铁芯绝缘、高低压直流电阻、绝缘电阻测试各项试验结果均合格。根据站内220kv线路故障录波分析，造成海派风电场#1主变空载送电合闸不成功的原因为合闸时励磁涌流过大，差动保护装置未躲过所致。
2）误动原因分析：从图中可以看出故障电流共持续了三个周波，其中A相三个幅值分别为4.8A、4.5A、4.1A，B相的幅值分别为3.84A、3.49A、3.1A，都有一个明显的衰减过程，并且相角分别为：A相73.19、B相292.52、C相206.69，三相始终存在一定相角差，这都符合励磁涌流的电流特性，励磁涌流中含有大量的非周期分量与高次谐波。因此励磁涌流已不是正弦波，且可能在最初瞬间就完全偏于时间轴一侧。励磁涌流的大小和衰减速度与合闸瞬间外加的电压相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量、变压器的容量及铁芯材料等因素有关。对于三相变压器，无论任何瞬间合闸，至少有两相会出现不同程度的励磁涌流。在合闸瞬间220kV母线电压A相刚好过零点，满足励磁涌流出现最大值的先决条件。从而使励磁涌流电流瞬间增大，引起保护动作。
四 结论
变压器的励磁涌流是客观存在的问题，变压器铁芯剩磁的变化直接影响着励磁涌流的变化，同样二次谐波制动的变压器差动保护应用效果也是肯定的，但由于实际励磁涌流的复杂性，不仅需要熟悉差动保护的特性，也需要了解剩磁对变压器励磁涌流特性的影响，因此，完善二次谐波制动原理，防止大型变压器冲击合闸励磁涌流导致差动保护误动将是电力人持续努力的方向。
参考文献：
[1]王维俭．《电气主设备继电保护原理与应用》[J]．北京：中国电力出版社，2002．
[2]周琳．《变压器空载投入躲励磁涌流问题的探讨》[J]．供用电，2007
论文作者:葛廷岩
论文发表刊物:《电力设备》2015年5期供稿
论文发表时间:2015/12/21
标签：励磁论文; 变压器论文; 差动论文; 谐波论文; 电流论文; 剩磁论文; 铁芯论文; 《电力设备》2015年5期供稿论文;