励磁涌流的成因和防止差动保护误动作分析和解决方案

具宇乐

摘 要：励磁涌流会在变压器的运行过程中造成差动保护误动的问题，影响变压器运行的质量，导致变压器的调节作用不等得到充分的发挥。文章将对励磁涌流的成因和防止差动保护误动作进行分析，并针对因为励磁涌流的影响产生的差动保护错误提出有效的解决方案，为维持变压器的有效运行提供依据。

关键词：励磁涌流；差动保护；保护装置

中图分类号：TM307.3 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）27-0103-02

励磁涌流是一种电流，这种电流的产生是根据变压器的特性决定的。在变压器外部故障切除后，外部供电恢复的的瞬间，或者变压器处于空载状态投入运行的过程，变压器输出侧电压瞬间突变会造成符合侧瞬间电流极大，这个瞬间电流就是励磁涌流。励磁电流受到变压器容量、变压器内部结构、铁芯组成材料、接线方式、变压器绕组回路阻抗值和磁通大小、外部设施施加电压大小等因素的限制。

1 励磁涌流产生的根本原因

①磁通饱和。在变压器运行的过程中磁链是守恒不变的，所以在从外面施加到变压器任一侧绕组的电压突然增加的时候，磁通都不会发生突变，这个时候磁路中会产生一种直流的分量磁通。直流分量磁通在周期分量上是正弦变化的，这就使磁通的周期性进入了饱和区域。由于目前电网构架与超高压直流输送电网并网产生比较大直流分量，变压器停电检修后恢复送电时容易产生励磁涌流导致差动保护误动

单相变压器示意图，如图1所示。

变压器电源侧提供初始相位角为a的U1的电压值。当变压器进行瞬间通电的时候，在变压器中磁路中会形成磁通。在变压器空载运行的过程中，电源侧增加电压U1会形成突变电压1U。由于1U的初始相位角a不同，产生的偏磁极和磁极性的大小也会不相同。当偏磁极和变压器剩磁就发生重叠，就会使磁路的总磁通超过变压器设计的饱和磁通，导致磁路饱和。这个时候变压器初级绕组阻值就会瞬间增大，阻抗就会加剧降低，电流的瞬间额定值将会增大打一半额定值的5～8倍，瞬间电流和短路电流相近甚至相等，这个瞬间的大电流就是励磁涌流。

当变压器剩磁极性和偏磁极性相反，变压器剩磁就会和偏磁抵消，会在变压器中形成一个稳定状态的磁通，稳定状态的磁通低于饱和磁通，就不会造成变压器的饱和，在变压器投切瞬间就不会产生励磁涌流。

②变压器的磁化曲线不是线性的，这就说明其饱和状态不是一下完成的，而是随着电流的增加逐渐的饱和的，也就是说在变压器磁化曲线饱和的时候会有较大的励磁电流。

2 励磁涌流的特点

包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴的一侧；其波形性状尖顶波形，包含大量的高次谐波分量，并以二次、三次谐波为主。往往使励磁涌流波形中出现间断和不对称；

空充时三相电压基本不变、基本无零序电压和零序电流；励磁涌流的衰减快慢由时间常数L/R决定，小型变压器电阻较大，电抗较小，衰减较快，约几个周期可达稳态；大型变压器，电阻较小，电抗较大，衰减较慢，有可能延续20 s才达到稳态；励磁涌流的数值很大，在电流值上一般可以达到变压器额定电流的6～8倍。励磁电流在不同型号的变压器上的稳定时间不同，在大型变压器上绕组阻值小、阻抗高，励磁电流在较短时间内就能衰减达到稳定状态，在小型变压器上，阻值大、阻抗小，励磁电流需要用很长时间才能衰减到稳定状态。

3 励磁电流造成差动保护动作的分析

识别励磁涌流和内部的故障电流对于主变差动保护具有重要的作用，在这方面我国各保护厂家在防止空充时保护误动的时候大多是以励磁涌流波形特征为依据，这种方法并并不能完全的防治保护误动。比如南瑞继电保护采用的是三相差流均具备涌流特征的时候才闭锁保护，在空充的状态下会有极大的概率出现保护误动。

关于某变压器出现差动保护动作的图示，如图2所示。从图中可以看出来在变压器空充的瞬间，C相差电流中的二次谐波分量为9%左右，然而在断路器跳闸，电流消失之前的这段时间二次谐波分量出现了显著的增长，已经增长到14%左右。这里的变压器采取的是RCS—978型保护装置，这种装置中的励磁电流判据的原理是分相制动，这种软件虽然引入励磁涌流采用浮动门槛措施，但是在励磁电流产生时由于C相位相差电流二次谐波分量小于保护装置设定的15%的闭锁定值，所以要经过一段时间之后二次谐波闭锁功能才能开放，这就造成了变压器差动保护动作。根据科学定理我们可以知道在没有收到励磁电流影响的情况下，如果输入电流和输出电流相等，差动保护电流就会是0。当励磁电流在变压器中产生时，就会在变压器中产生差动保护动作，在特殊情况下还会造成误动的情况。

4 防止差动保护误动的科学方法

4.1 差动保护定值设定

二次谐波制动系数的整定值对变压器差动保护有着很大的影响，为了解决差动保护的误动在变压器的系统网要制定好二次谐波制动系数的整定值，在全网取统一的整定值，不要在不同地区取不同的整定值，根据科学的研究把二次谐波的整定值取在15%能够较好的避免差动保护的误动，如果空冲的变压器每次的二次谐波都小于15%，可以根据实际情况对二次谐波的整定值进行合理的调整，把整定值降低到12%，避免设定的整定值高于变压器空冲的实际情况。

4.2 整定变压器保护装置

主要原因是保护软件过于落后，通过升级保护装置软件系统进一步防止励磁涌流导致差动保护误动。例如南瑞继保RCS978型保护装置通过升级实现分相闭锁，浮动门槛在空充时适当降低闭所定值，随时间推移自动提高定值到谐波整定值；根据二次谐波含量变化趋势进行辅助判断；长园深瑞PCS778保护装置当差流二次谐波未能制动时，可进一步用两个相电流中的二次谐波进行制动；国电南自WBG500G保护装置通过二次谐波“或”逻辑，计算三相差流中的最大二次谐波幅值与最大基波幅值的比值且三次谐波分相闭锁，采用瞬时滤直后的差流量计算三相差流各相的三次谐波值Id3x与各相的差流基波值Idx的比值，这样就可以增强变压器对励磁涌流的躲避能力，从而可以减少手励磁涌流影响产生的差动保护误动。

4.3 快速判断励磁涌流，恢复主变送电

在判断励磁涌流的时候主要是通过故障录波器波形图分析对励磁涌流及故障进行识别。

当电流波形偏于时间轴一侧，并有明显间断角角且畸变严重；电压幅值及波形基本不变，谐波含量中出现大量的以二次、三次谐波为主的高次谐波，一般至少一相含量超过15%且二次谐波含量随着时间推移有增加趋势的时候就可以认定为励磁涌流。

在变压器发生故障时，电流波形对称于时间轴且为为正弦波，一般三相幅值不一致，且有一相或两相远大于其他相；电压幅值下降明显，且电压降低相与电流升高相对应并有有非电量保护动作报警或跳闸信号，其二次、三次谐波含量不大，一般小于10%基本可判定为主变故障。区别两者，一旦判定励磁涌流引起变压器跳闸，可快速恢复变压器送电。

5 结 语

本文对励磁涌流产生的原因和励磁涌流引起的差动保护误动作的原因进行了简单点分析，针对引起差动保护误动的原因提出了提高变压器躲避及判断励磁涌流能力的科学措施，以及能够为在实际工作中解决变压器励磁涌流引起的差动保护误动的问题提供科学的帮助。

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