励磁涌流引起变压器差动保护误动及对策探讨

周丹 饶勇 董斌

摘要：变压器作为电力系统的重要组成部分，其稳定性会对电网的正常运行产生重要影响，而因励磁涌流所引起的变压器差动保护误动是影响变压器正常工作的主要因素。文章介绍了变压器产生励磁涌流的原因和特点，分析了变压器差动保护装置的工作原理以及差动保护装置误动所带来的危害，有效避免了励磁涌流引起变压器差动保护装置误动的措施。

关键词：变压器；励磁涌流；差动保护；误动分析；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM77 文章编号：1009-2374（2016）18-0144-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.071

随着居民生活水平和工业水平的不断提高，用电需求日愈增加，与此同时对电网的稳定性和安全性要求也在不断提高。变压器是当前电力系统中的重要组成部分，其会对电网的安全稳定运行产生重要影响。在当前的电力系统中，为了保证变压器的正常工作，一般都会配置灵敏度较高的差动保护作为变压器的主保护。该差动保护装置能够在区内短路故障快速动作，保证电网及变压器的安全。

1 变压器产生励磁涌流的原因与特点

1.1 变压器产生励磁涌流的原因分析

通常而言在空载变压器刚接通电源时，在电源一侧的绕组上产生一个较大的电流，该电流的值一般会高出额定电流的5～7倍，在电力行业中通常都将该电流称为“励磁涌流”。变压器励磁支路的磁化曲线具有明显的非线性特征是变压器产生励磁涌流的主要原因。在空载情况下对变压器进行合闸操作时，由于铁芯中原有的磁通与变压器工作电压产生的磁通的方向一致，通过铁芯的总磁通量会远远大于铁芯的饱和磁通，即通过铁芯中的磁通量会在合闸瞬间产生巨大的突变，由于励磁电流的大小与磁通量的变化率成正比，所以在变压器的合闸瞬间会产生巨大的励磁电流。倘若变压器差动保护装置不能够有效地识别该励磁涌流，而误将其视为短路电流，就会导致变压器差动保护的误动。

1.2 励磁涌流的主要特点

变压器的励磁电流与短路电流极其相似，二者的值都较大，但是与短路电流相比，励磁电流还具有如下方面的特点：（1）不具有周期性，因而不利于检测；（2）由于励磁绕组并不是理想的导线，因而随着时间的推移励磁涌流会逐渐变小，从而会使得涌流的波形始终偏于时间轴的一侧；（3）励磁涌流的曲线具有明显的尖峰，该尖峰主要是由励磁涌流中的二次谐波导致的；（4）励磁涌流的曲线存在断角，这是其与短路电流的最大区别。

1.3 判别励磁涌流的主要方式

励磁涌流引起变压器差动保护误动的问题由来已久，诸多从事该方面研究工作的人员也一直在寻求这方面的解决方法。具体而言，当前主要有如下三种判别励磁涌流的方法：（1）二次谐波识别法。由于励磁涌流中的二次谐波含量要远远高于变压器发生区内故障时电流中的二次谐波含量，因此可通过计算电流中的二次谐波含量来判断是否是励磁涌流；（2）间断角识别法。由于与其他的故障电流的波形相比，励磁涌流的波形具有明显的间断特征，因此根据该特性来判断是否为励磁涌流，但是该方法的局限是对处理器的性能要求较高；（3）波形对称识别法。该方法主要是根据同一个周期内前半个波形和后半个波形的对称性来判断是否是励磁涌流。

2 励磁涌流引起变压器差动保护误动的危害

励磁涌流引起的变压器差动保护动作之所以称之为“误动”，主要是因为励磁涌流引起的差动保护装置动作会对变压器的正常工作产生一定的危害，这些危害主要体现在如下方面：（1）变压器无法完成空载工况下的合闸。由于空载工况下合闸时会产生较大的励磁涌流，该涌流会使差动保护误动，导致变压器空投失败；（2）由于电磁感应现象的存在，空投变压器合闸时产生的电磁涌流还会对周边变压器的正常工作产生影响，使得临近的变压器也发生差动保护误动，可能造成大面积的停电；（3）励磁电流会造成电网电压的突然上升或者是下降，导致電网的稳定性变差，会造成电气设备的不正常运行；（4）由于励磁涌流中的谐波含量要远高于正常电流，其容易使得电流互感器磁路被过度磁化而精度下降，同时也会降低继电保护装置的动作正确率。

3 励磁涌流引起变压器差动保护误动的主要原因

3.1 差动保护值设定不合理

在当前的电网中大部分差动保护装置都是采用二次谐波制动的方法来规避励磁涌流所引起的差动保护装置误动。采用该方法的差动保护装置的工作原理是设置一个合理的差动保护闭锁阀值，该值主要反映的是差动电流中二次谐波分量的比例，当差动保护装置检测到的实际值大于之前设定的阀值时，差动保护装置会认为差动电流是励磁涌流，从而闭锁差动保护动作。而在实际工作过程中往往会出现阀值设定过高，差动保护装置无法有效识别励磁涌流，从而产生误动的状况。

3.2 工作人员的操作失误

由于变压器的合闸以及日常维护都需要由电力人员来完成，因此工作人员的操作失误也可能会导致差动保护装置对励磁涌流产生误动。工作人员的操作失误主要体现在如下方面：（1）在进行合闸操作之前，没有确认电路是否处于空载工况下，在条件允许的情况下，工作人员应该尽量避免在空载条件下进行合闸操作；（2）对变压器的工作特性不够了解，误将励磁涌流引起的差动保护装置误动当成变压器内部故障造成，从而使得存在的问题不能及时得到解决。

4 避免励磁涌流引起变压器差动保护误动的有效措施

4.1 提高辨别励磁涌流的准确性

变压器差动保护装置识别励磁涌流的准确性不高，是差动保护装置产生误动的一个主要因素。提高差动保护装置辨别励磁涌流准确性需要从如下方面入手：（1）由根据二次谐波分量的比例来判断是否为励磁涌流改为根据二次谐波的变化趋势来判断是否为励磁涌流，只有当前二次谐波含量呈现上升趋势且高于设定值时才认为其是励磁涌流，因此可以避免将空投时产生的轻微匝间故障误判为电磁涌流；（2）采用新型波形对称识别原理的差动微机保护装置，由于微机保护装置能够根据波形的对称性来区别内部故障和励磁涌流，其精度要远高于二次谐波分析识别法和间断角识别法，因此值得被推广使用。

4.2 试验运行后进行消磁

变压器铁芯中的剩磁是形成励磁涌流的主要因素，因此在变压器正式投运之前可通过对铁芯进行消磁操作的方式来抑制励磁涌流。变压器在停运以及进行短路故障保护动作之后都会有一定的剩磁，特别是在完成变压器电流电阻的测试之后，铁芯中的剩磁会较大，必须采取相应的消磁措施。当前主要是采用交变电流或者是直流法进行消磁，在变压器绕组上施加交变电流时，剩磁的方向会发生改变，其值会逐渐减小，并且最终会趋近为零。当变压器铁芯的剩磁为零时，变压器励磁涌流能够得到有效的抑制。

4.3 差动保护定值整定

变压器差动保护的设定值对差动保护装置至关重要，必须在差动保护定值整定方面多下工夫。差动保护装置设定的阀值既不能过高，也不能过低，因此必须经过反复的动态试验测试才能确定一个最佳值。在差动保护定值整定的过程中，通常先将差动保护的设定值设为15%，然后再根据实际的测试结果对设定值进行相应的调整，从而保证差动保护装置能够有效地躲过励磁涌流。

4.4 提高操作的规范性和合理性

运行人员操作不规范也是导致差动保护装置误动的一大因素，提高操作的规范性和合理性需要从如下方面入手：（1）需要对变压器的操作细则进行完善，极力避免在带载的工况下进行变压器的合闸操作，最大限度地避免励磁涌流的产生。此外还应要提高对变压器日常维护的重视程度，保证变压器始终能在一个较好的环境下运行；（2）积极组织电力工作人员学习能够有效避免励磁涌流导致变压器差动保护误动的措施，做到防患于未然，并且努力去探索更加有效的方法。

4.5 采用电磁涌流抑制器

前文所提的各种避免励磁涌流引起变压器差动保护误动的方法，都是从提高对励磁涌流的识别的准确性入手的，其采取的是“规避”的策略，而并未从根本上去抑制励磁涌流的产生。由于励磁涌流的产生是由多方面的因素造成的，要完全消除励磁涌流的难度较大，但是随着计算机以及电气控制技术的不断发展，如今通过采用励磁涌流抑制器已经能够有效地抑制励磁涌流的产生。

励磁涌流抑制器是一种能够有效抑制变压器励磁涌流的产品，其通过对外加电压的相位角进行精确控制的方式，使得由于合闸时电压骤增所产生的偏磁的极性和数量都能得到有效的控制。涌流抑制器的工作原理图如图1所示，由图1可知在正常工作时，电压互感器TV和电流互感器TA可以分别将电压信号和电流信号转换为弱电信号，涌流抑制器可以通过监测电源电压波形的方式便可实现对磁通波形的监测，使得其能够获得变压器断电时剩磁的极性和大小，便可通過控制变压器空投时电源电压的相位角使得偏磁的极性刚好与剩磁的极性相反，而大小与剩磁的大小相等，那么便能实现互消，从而磁路也不会出现饱和，励磁涌流便不会产生。

5 结语

变压器的正常稳定运行对于电力系统的安全稳定运行具有重要意义，而提高差动保护装置动作的准确性便是实现这一目的的主要途径。通过文中的分析可知，提高对励磁涌流识别的准确性并不是解决励磁涌流所引起变压器误动问题的根本途径，只有通过采用涌流抑制器等类似从根源上消除励磁涌流的方式，才能使得该问题能够更好地得到解决。

参考文献

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作者简介：周丹（1986-），女，江西萍乡人，广东惠州平海发电厂有限公司继电保护助理工程师，研究方向：发电厂继电保护、自动化维护。

（责任编辑：秦逊玉）