关于变压器和应涌流导致保护误动的分析①

徐济顺

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.30.089

摘 要：当变电站内母线上接有两台或两台以上的变压器时，如果其中一台变压器进行空载合闸，在空载合闸的变压器中将出现励磁涌流，与此同时，在与其并联运行的中性点接地变压器中也将出现和应涌流，危害变压器，引起差动保护误动，破坏电网稳定。本文将分析和应涌流产生的原因、影响和应涌流的因素并提出一些防范差动保护误动的措施。

关键词：变压器 和应涌流 励磁涌流

中图分类号：TM772 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）10（c）-0089-02

在电力系统中，作为变压器主保护的差动保护，时常出现一台变压器空载合闸操作过程中引起另一台运行变压器产生和应涌流造成运行变压器差动保护误动，而且还产生谐波过电压危害变压器。运行变压器差动保护误动一般发生在相邻变压器空载合闸完成一段时间以后，差动保护误动的原因较为隐蔽，难以察觉。因此需对和应涌流进行深入研究，分析其产生的原因及特点，以提出有效的措施防止其对保护产生影响。

1 和应涌流产生的原因

系统接线图如图1，在图2所示等值电路中，系统电源电压为us，系统电阻为Rs，系统电感为Ls。T1变压器原边等效电阻为R1，等效电感为L1。T2变压器原边等效电阻为R2，等效电感为L2。其中is为流过系统的电流，i1为流过T1变压器的电流，i2为流过T2变压器的电流。

T2变压器空载合闸时，T1变压器已经励磁，此时i1≈0，is=i2，电压平衡方程：

（1）

其中Ψ1为T1变压器回路磁链，在一个周期内对两边进行积分：

（2）

us（θ）为正弦电压源，在一个周期内积分为零。i2为励磁涌流，可知θ=0和θ=2π这两个时刻处于励磁涌流间断期间，i2（0）≈i2（2π）≈0。由上式得：

（3）

从式（3）中可以看出T1磁链的变化主要是由于T2中的电流i2和系统电阻Rs决定的，T1磁链每个周期的增量 （4）

由于T2的励磁涌流i2是偏向时间轴正侧的，由式（4）可以看出，为负，T1磁链反向增加，在未达到饱和点时i1几乎未零。随着T1不断积累负向磁链，在一段时间后将逐步饱和，从而产生和应涌流。随着T1磁链不断增加，和应涌流i1也越来越大。由于T1磁链是负向增加的，因此T2磁链正向饱和时，T1磁链是没有达到饱和的，所以T1只会发生负向饱和，即i1与i2的方向相反并且在时间上交错。

2 和应涌流的影响因素

和应涌流的产生及衰减过程受诸多方面因素的影响。通过以上的分析可知，系统电阻的大小影响和应涌流的产生和衰减都有影。影响的程度取决于系统电阻与变压器电阻的比值。比值越大，将越容易产生和应涌流且和应涌流的衰减也越慢。在低压系统中，由于系统阻抗较大，所以更容易产生和应涌流，而且和应涌流衰减得很慢。

线路电阻与系统电阻的作用基本相同。当系统与变压器之间的线路较短时，线路电阻较小，将不利于和应涌流的产生。如果系统与变压器之间的线路较长时，线路电阻较大，将有利于和应涌流的产生。但线路电阻较大时，线路压降也必然较大，使得变压器原边电压降低，变压器磁链的稳态分量减小，即变压器铁芯工作点远离饱和区，也将会降低和应涌流的大小。

变压器空载合闸励磁涌流的大小与变压器剩磁大小有关，同样变压器空载合闸时不同剩磁对运行变压器和应涌流也将产生影响。变压器空载合闸时剩磁越大，空载合闸变压器励磁涌流将越大，同时运行变压器和应涌流也将越大，并且和应涌流出现和达到最大值的速度也越快。

3 和应涌流的特点

通过以上的分析，和应涌流在空载合闸变压器励磁涌流产生一段时间后才出现。当空载合闸变压器的励磁涌流处于峰值附近时，母线电压的瞬时值较低，此时运行变压器不会产生和应涌流。当空载合闸变压器的励磁涌流处于间断期间，励磁涌流为零，母线电压恢复到额定电压附近，运行变压器在空载合闸变压器励磁涌流的直流分量和高电压共同作用下将产生和应涌流。

和应涌流与励磁涌流交替的出现，方向相反，即当变压器空载合闸而铁芯为正向饱和时，并联运行变压器的铁芯趋于反向饱和。和应涌流将由小到大逐渐增加，和应涌流的大小与励磁涌流的大小有关。由于容量较大的变压器空载合闸的暂态过程持续时间长，和应涌流增长也较缓慢，运行变压器的差动保护有可能在变压器空载合闸一段时间后才由于产生的和应涌流导致误动跳闸。

4 防范措施

对于差动保护而言，变压器励磁涌流就相当于变压器内部故障时流过的短路电流。在实际应用中通过利用二次谐波制动判据、间断角原理判据和波形对称判据闭锁变压器差动保护，防止励磁涌流引起差動保护误动。这些方法对于和应涌流则不同，和应涌流的波形与励磁涌流的特征虽然无明显差异，但和应涌流中的二次谐波分量并不是在和应涌流最大时最大，而是随着和应涌不断流衰减而不断增大。在一定的合闸时刻及变压器剩磁的情况下，差流中的基波分量大于差动定值，但二次谐波分量小于谐波闭锁值，将造成差动保护误动。差动保护的二次谐波闭锁系数一般整定为0.15，为了防止和应涌流造成误动，可以适当降低二次谐波闭锁系数定值。

变压器差动保护的最小动作电流一般整定为0.5倍变压器额定电流，定值整定的比较小，空载合闸时运行变压器产生的和应涌流有可能大于其差动保护动作值，引起差动保护误动作。为此，在保证差动保护灵敏度的前提下应适当提高变差动保护定值门槛值，防止差动保护误动。

5 结语

本文分析了变压器和应涌流产生的原因、影响因素、特点及其对变压器差动保护的影响。分析表明和应涌流的产生与许多因素有关，但其本质原因是由于空载合闸变压器励磁涌流流过系统电阻使得其他变压器工作母线电压偏移导致铁芯饱和造成的。由于和应涌流自身的特点使得和应涌流对变压器差动保护的影响较为隐蔽、不易察觉，但由其引起的差动保护误动问题应引起一定的重视。本文在对和应涌流产生的原理及其特性，进行深入分析的基础上提出了相应的防范措施，以防止由于和应涌流导致差动保护误动跳闸事故的发生，提高供电可靠性，保证电力系统的安全稳定运行。

参考文献

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