刍议变压器继电保护中励磁涌流识别方法

2016-07-20高宇翔

大科技 2016年5期

关键词：磁通铁芯差动

高宇翔

（太原理工大学山西太原 030024 国电电力大同第二发电厂山西大同 037000）

刍议变压器继电保护中励磁涌流识别方法

高宇翔

（太原理工大学山西太原 030024 国电电力大同第二发电厂山西大同 037000）

近年来，随着我国经济发展水平的提高，人们生产生活中对于用电量的需求越来越大，因此，促进了电网的建设与发展，同时也使得电压的等级不断升高。而在电力系统中，作为重要的传能变压设备，变压器的安全稳定运行具有十分重要的现实意义。变压器继电保护过程中产生的励磁涌流会流入到变压器纵差保护的差动回路中，从而极易引发纵差保护误动作的发生，因此，做好励磁涌流的识别工作十分重要。本文首先对励磁涌流进行了一定的分析，并在此基础上，对其识别方法进行了一定的探究。

变压器；继电保护；励磁涌流；识别方法

1 引言

对于电力系统来说，作为变压器的主保护，变压器差动保护对其安全稳定运行有着十分重要的关系。相关数据资料统计表明，目前，变压器差动保护的正确率普遍不高，这主要是因为差动保护在对励磁涌动进行识别的过程中，极易引起误动的问题，对于励磁涌动与内部电流故障很难准确地区分开来。由于传统的差动保护方法存在着原理性的缺陷，面临着一定的问题，因此，对变压器继电保护中励磁涌流识别方法进行研究具有十分重要的现实意义。

2 对励磁涌流的分析

从根本上来说，变压器励磁涌流的产生主要是由于变压器的铁芯饱和造成的。在对变压器施加电压时，如果发生异常变动，铁芯饱和励磁电流的波形就会发生变化，而铁芯的饱和程度能够在很大程度上影响到波形的变化程度，通常来说，铁芯饱和程度越高，电流波形的畸变就会越严重，由此可见，励磁涌流与铁芯饱和程度有着十分重要的关系。以下主要从三个方面来分析励磁涌流：

2.1 稳态时变压器的励磁电流

变压器在稳态工作的过程中，一般情况下，交流回路里的磁通往往比外加电压之后大90°，建立的磁场也是比较稳定的。该种情况下，励磁电流很小，不会高出额定电流的2～10%。

2.2 合闸瞬间电压为最大值时的磁通变化

在交流电路中，电压与磁通相比，前者与后者相比总是高90°的相位角，因此，在进行合闸的瞬间，如果电压正好达到最大值，此时，磁通的瞬间值恰好为0。也就是说，起初，在铁芯中的磁通就比较稳定，因此，在这种情况下，变压器是不会产生励磁电流的。

2.3 合闸瞬间电压为零值时的磁通变化

在进行合闸的一瞬间，电压值为0时，从理论上来说，铁芯中建立的磁通为最大值，但是，由于磁通不能突然发生变化，因此，在这一瞬间，磁通仍然为0，所以，铁芯中就会出现一个非周期分量的幅值为φm的磁通出现。在这种情况下，将两个磁通加起来，其值的大小就是铁芯中的总磁通的值。起初，铁芯中的磁通为0，在T/2的时候，最大值为两个磁通的和，铁芯中的磁通开始为0，到T/2时，两个磁通相加达到最大值，φ波形的幅值比φ1波形大两倍，因此，在合闸的时候最为严重的情况就是电压的瞬时值为0。虽然对合闸的时机很难判定，但是，其往往是徘徊在上述两种情况之间。

3 变压器继电保护中励磁涌流识别方法

3.1 二次谐波法

3.1.1 谐波电流法

在应用该方法对励磁涌流进行识别的基础条件就是，在励磁涌流出现时，差动电流中所含的二次谐波分量比故障电流中的二次谐波分量要大。基波与其他谐波分量的提取由于微机保护的使用而变得更加简便，例如，对余弦关系、正交变换、最大方差法、卡尔曼滤波技术、Walsh函数等进行应用，变压器差动保护误动现象的限制与阻断可以通过对2次和5次谐波分量的实时利用来实现，因而，在很多变压器差动保护中，变压器故障电流与励磁涌流的鉴别可以通过应用谐波分析法来进行。但是，涌流是一种暂态的电流，而且随着时间的延续，二次谐波分量会逐渐减少，也难以使用富里叶级数的周期延拓，所以，在对其进行整定的过程中，很难对制动比进行选择，并保证其科学合理性。此外，由于现代大容量变压器的广泛应用，这种方法会使得变压器励磁涌流中二次谐波的含量偏低，在远距离输电的条件下，如果出现内部的故障，也会产生较大的二次谐波分量，而且故障电流中二次谐波分量的幅值与励磁涌流中二次谐波分量的幅值非常接近甚至是比后者大，因此，会在一定程度上使二次谐波限制的差动保护出现失效的问题。

3.1.2 谐波电压法

如果变压器产生励磁涌流的时候，会使得变压器的端电压产生畸变，该方法就是利用电压畸变波形当中所包含的谐波分量来对励磁涌流进行辨识。该方法的理论是，跟二次谐波制动相比较，谐波电压对LC振荡不够敏感，因此可以用来改进二次谐波制定的一些缺陷，而且动作速度比较快。该方法不但会由于跟系统阻抗的关联太强而很难整定之外，还会因为现代风力、太阳能发电系统与另外因素当中或许会产生的一些不确定谐波而引起判别失误，其运用的普遍性也会受到一定的约束。

3.2 间断角原理

间断角的判断原理为，因为励磁涌流波形当中存在比较大的波形间隔，可以结合波形间断对应的角度当作评判依据。研究人员还提供了波形间断角特点与模糊贴近度理论相融合的方法来实现涌流的判断。跟二次谐波制动理论相比较，间断角原理运用了励磁涌流显著的波形特点，基本上可以区分励磁涌流与内部的故障电流。但是存在CT的饱和式间断角的消失或者变化，内部的故障也使得CT饱和使间断角增大等问题。除此之外，如果变压器的饱和磁密比较低的时候，在剩磁以及合闹角符合一定的条件之下，不但三相励磁涌流当中的二次谐波的含量可能会比较小，并且对应的间断角也比较小，这个时候不管是采取二次谐波制动还是采取按相制动的间断角理论，变压器的纵差保护都没有办法防止误动作。

3.3 波形对称原理

结合电流的波形进行探讨来辨识励磁涌流与内部的故障电流，就是首先把流入到继电器当中的差流进行微分，对微分之后的前半波与后半波进行对比，因为励磁涌流的波形当中有间断角，导致励磁涌流在一个周波波形的前半周与后半周产生一定的不对称，因此可以当作识别的另一种方式。在该基础上还能够衍生出波形相关性分析方法、波形拟合法等等，其基本理论大体是一样的，几乎都是属于间断角理论的推广。该种方式用在判断内部的故障具备一定的精准度，但是涌流与很多因素有关，具备很多不确定性与多样性，如果阀值K取值太大，或是受到高次谐波以及干扰的影响或许就会引起误动。该方式的另一个劣势就是不容易识别没有进入饱和区域的涌流，在这个时候的合闹角下每相都可能产生对称涌流的状况。

3.4 磁通特性识别法

（1）磁通性质的判据：运用差流跟磁通间的磁通关系辨识变压器当中的故障和励磁涌流。在变压器产生励磁涌流的时候，磁通-差流回线就是空载磁滞回线，但是在内部产生问题的时候，磁通差流就会偏出磁滞回线，而且问题越严重，偏离也越来越大。

（2）主磁的通差判据：如果出现内部绕组短路问题的时候，就等同于阻数减少，主磁通的幅值就会有所增大，此判据就是结合正常主磁通跟故障主磁通的差值判别能否产生故障或者励磁涌流。因为磁通是电压的积分，对噪声是不敏感的，但是漏感与绕组电阻的改变会对判据的精准度差生影响。

（3）磁通轨迹法：采用实测电压与电流计算变压器主磁通的轨迹，并且应用此轨迹特征来明确是否是励磁涌流。当磁通轨迹进到饱和区的时候就认作是励磁涌流，没有进到饱和区的时候就认作是故障电流。但是它的理论是采用磁通跟差流坐标轨迹所形成的斜率进行评价，并且开展了近似的处理方法，所以精准度有一定的问题。