和应涌流引起差动保护误动仿真分析

孙世勇，翟君毅，姚楠，王临宁，王伟利

（国网河南省电力公司平顶山供电公司，河南平顶山467000）

和应涌流引起差动保护误动仿真分析

孙世勇，翟君毅，姚楠，王临宁，王伟利

（国网河南省电力公司平顶山供电公司，河南平顶山467000）

针对和应涌流引起变压器差动保护误动的事故，从磁链角度分析了和应涌流产生的机理。利用EMTP软件建立模型进行仿真，验证了和应涌流本身不会造成变压器差动保护的误动，而CT饱和是误动的重要因素，并对差动电流进行详细的谐波分解，发现在误动期间二次谐波含量很小而三次谐波含量较高的特征。

和应涌流；EMTP仿真；谐波

0 引言

变压器是发电厂和变电站中最重要的电气设备之一，其能否安全运行直接关系到电力系统的稳定。目前，变压器主保护广泛采用比例制动式差动保护，而差动保护的关键问题是如何鉴别励磁涌流和内部故障，国内外许多专家学者对此进行了广泛研究，根据励磁涌流的谐波、波形等特性，提出了比较完善的鉴别方法［1-2］。近些年来，变压器差动保护新情况的误动时有发生，当一台变压器空载合闸时，与其并联或级联的变压器差动保护随之误动［3-4］。一些专家学者对此进行了研究，但由于此类问题相对复杂，至今也没能得到彻底解决。

从磁链角度对和应涌流的产生机理进行了分析，得到了影响合应涌流的因素。利用EMTP软件对变压器和应涌流进行仿真试验，分析了变压器差动保护误动的原因，研究了和应涌流的谐波变化情况，发现了一些重要现象。

1 和应涌流产生的机理

当电网中投入一台变压器时，在相邻的并联或级联的运行变压器中会产生和应涌流。当变压器空载合闸时，由于铁心的磁链不能突变，从而产生非周期磁链，使得变压器铁心饱和，从而导致变压器励磁涌流产生［5］。下面就从磁链变化的角度出发，以如图1所示并联变压器和应涌流为例，简述其产生过程。

图1 系统接线图

将图1系统接线化为图2所示的等值回路，变压器T2空载投入之前，T1正常运行，铁心没有偏磁，系统电流Is=I1，T2空载投入后将产生很大的励磁涌流I2。

图2 系统等值回路图

令：R1=R11+R1m，R2=R21+R2m，L2=L21+L2m，L1=L11+ L1m。根据KVL定律和KCL定律，可分别写出T1、T2的磁链的方程组：

式中：US=Umsin（ωt+α）;φ1、φ2分别为T1，T2的磁链。

为了简化分析，假如两个变压器参数一样，可得R=R1=R2、L=L1=L2，由式（1）、（2）、（3）可解得两个变压器的磁链表达式为：

2 和应涌流的仿真分析

利用EMTP软件搭建如图1所示的仿真系统模型，电源采用恒定电压源，变压器T1、T2同型号，额定容量为55 MVA，接线方式为Y-Y，电压为U1／U2= 121 kV／35 kV。

首先，考虑CT不饱和的情况下，那么变压器T1差动保护中的差动电流就是变压器本身的和应涌流。在70 ms时将变压器T2空载投入，变压器T1的和应涌流大小及谐波如图3所示，可知和应涌流增大，但它的二次谐波含量较高，可达基波的60%以上，完全能够闭锁差动保护的动作。因此，和应涌流本身不会造成差动保护的误动。

图3 和应涌流的谐波

图4 差动保护动作情况

当变压器空载投入时，必然会产生大量的非周期分量，可能会造成CT不同程度的饱和。下面考虑CT饱和的情况下，同样在70 ms时将变压器T2空载投入，其变压器差动保护动作情况如图4所示：图（a）为差动电流的大小，图（b）为比例制动式差动的动作情况，图（c）为谐波闭锁的动作情况，图（d）为差动保护的动作跳闸。在和应涌流和CT饱和的共同作用下，差流增大使比例差动动作，经过一段时间可能二次谐波含量变小，不能起到闭锁作用，最终导致变压器差动保护的误动作。

图5 考虑CT饱和和应涌流的谐波

图6 差流谐波的局部特征

对上述差动电流流进行谐波分解，研究各次谐波的变化，其谐波情况如图5所示，图6为局部放大。由图可以得出：差流中基波和二三次谐波占主要成分，其他高次谐波含量很小，二次谐波含量在大部分时间内都较大，而在空载投入后二次谐波含量开始减小，在某时刻可能极小而不能有效闭锁动作，但在此时间段三次谐波的含量比二次谐波的含量要大一些，与基波相比三次谐波比二次谐波大10%左右，而其他时刻都要比二次谐波含量小。

3 结语

从磁链角度分析了合应涌流产生的机理，利用EMTP软件进行了仿真分析，并对仿真结果进行了详细的谐波分解。和应涌流本身不会造成变压器差动保护的误动，而CT饱和是其误动的重要因素，且具有在误动期间差动电流的二次谐波较小三次谐波含量较大的特征。

［1］任先文，徐宏雷，赵珣，等.影响和应涌流因素的仿真分析［J］.电力系统自动化，2009，33（2）：66－69.

［2］公茂法，夏文华，李国亮，等.变压器和应涌流和励磁涌流识别新判据［J］.电力系统保护与控制，2012，44（18）：139－143.

［3］郑涛，赵萍.和应涌流对差动保护的影响因素分析和防范措施［J］.电力系统自动化，2009，33（3）：74－78.

［4］孙向飞，周建萍，夏聆峰.防止和应涌流引起差动保护误动综述［J］.云南电力技术，2013，44（6）：15－19.

［5］束洪春，贺勋，李立新.变压器和应涌流分析［J］.电力自动化设备，2006，26（10）：7－311.

Simulation on Mal-operation of Differential Protection Caused by Sympathetic Inrush

SUN Shiyong，ZHAI Junyi，YAO Nan，WANG Linning，WANG Weili
（State Grid Pingdingshan Power Supply Company，Pingdingshan 467000，China）

In view of the mal-operation of differential protection caused by sympathetic inrush，mechanism of the sympathetic inrush is analyzed from the view point of magnetic flux linkage.Then simulation model is established by EMTP with the aim to attest the fact that sympathetic inrush can not lead to mal-operation of differential protection and that the CT saturation is an important factor for the mal-operation.Finally，by analyzing the harmonic of differential current，characteristic is discovered that the third harmonic is more than the second harmonic during the mal-operation.

sympathetic inrush；EMTP simulation；harmonic

TM77

B

1007－9904（2015）03－0066－03

2014－09－25

孙世勇（1983），男，工程师，从事电力系统继电保护方面的工作。