变压器差动保护及励磁涌流识别

黄青磊

摘要：变压器是电网中的核心元件之一，并且在电网中起到关键作用。当变压器在运行中发生故障或出现不正常运行状态时，应该及时将其从电力系统中切除，以保证电力系统的正常运行和供电可靠性。根据相关规范，变压器在投运前应装设多种不同类型的继电保护装置，本文的大致内容如下：首先，介绍与研究了变压器纵差保护的背景和意义，对纵差保护中的重难点作了理论分析；其次，研究分析了变压器纵差保护的基本原理、励磁涌流的特点以及几种在实际中经常用到的辨识励磁涌流的判据。

关键词：变压器差动保护；励磁涌流识别

1变压器纵差保护原理

变压器是电网中的核心元件之一，并且在电网中起到关键作用。当变压器在运行中发生故障或出现不正常运行状态时，应该及时将其从电力系统中切除，以保证电力系统的正常运行和供电可靠性。根据相关规范，变压器在投运前应装设多种不同类型的继电保护装置，本文主要研究变压器的纵差保护。由基尔霍夫提出的第一定律是变压器纵联差动保护的理论基础，与传输线路的纵差保护相比，变压器的差动保护有其自身的特点。下图是变压器纵差保护的原理图。用两个电流互感器分别串入变压器的一二次侧，并将串在一次侧和二次侧的电流互感器的同极性相联，同时各引出一条线与差动电流继电器KD相连，把流经变压器的电流方向规定为正方向，即图中的I1和I2的流向。流入差动电流继电器的不平衡电流是变压器差动保护中重要的特征参数之一，导致变压器两侧出现不平衡电流的因素有很多，比如:变压器各侧绕组联结方式、电流互感器的电流计算比与实际比、两侧电流互感器的励磁特性等的不同以及运行中变压器调压分接头位置的改变、励磁涌流等。其中，由励磁涌流造成的不平衡电流对变压器差动保护的影响最严重，因此，要了解励磁涌流的特征。

2变压器微机继电保护

2.1微机保护判据

变压器纵差保护要符合下面的三个基本条件：若变压器发生内部短路故障，应快速跳闸。如果变压器发生外部故障时，应保证不误动。当变压器正常运行时，无论变压器产生何种形式的励磁涌流和过励磁，都应可靠不动作。

2.2微机保护算法

2.2.1正弦函数模型的算法

若外部信号的变化符合正弦规律，可以应用正弦函数的性质分析这一信号的特性。采样值算法的含义是：把采集到的数据作积来推断各个模拟量的特性参数。其特点是：这种算法通过利用采集的部分数据的特点来拟合整个信号的情况，具有运算量小、节省时间等优点。具体如下：两点乘积算法；三采样值积算法；导数算法。

2.2.2小波变换法

小波变换由傅立叶变换演化而来，它克服了傅立叶变换窗口大小不随频率变化等缺点，其时频分析具有局部化的特点，因此，在实际应用中，应根据需要合理选择尺度和位移参数。

2.2.3最小二乘法

最小二乘法是指：把从外部采集的模拟量作为输入与设置好的函数框架按最小二乘法的思想进行拟合，按照实际要求，得到外部模拟量的各种特征参量。最小二乘法有两个特点：一是：能够随机设置拟合函数的框架，主要有如下的两个优点：（1）若从外部输入的信号中有需要被删去的成分，可以在设置的函数框架中加入这一部分。但是，在实际应用的过程中应满足精度和速度的要求。（2）通过预先设置的函数框架，能够一起求出外部输入信号中多个成分的值。二是：恰当选取数据窗的容量、采样点的个数等，能够提高该种算法的精度。

3励磁涌流的产生与特点

以单相式变压器为例，在变压器的空载投入或外部故障切除时，电压会突然产生大幅度的提升，励磁涌流就是在这种情况下产生的。稳态情况下，铁芯磁通滞后于电压90°，呈正弦波形。又由于变压器铁芯长期存在较大的磁通，当变压器停电时依然存在，称为剩磁。由于铁芯的磁通无法突变，合闸后的剩磁将会在一段时间内保留在变压器中，并在变压器磁通达到周期内最大值时达到铁芯饱和最严重的程度，产生极大的励磁电流，而这种情况下的励磁电流称之为励磁涌流。根据大量的实验可以得出变压器励磁涌流的特点如下：（1）励磁涌流含有大量的非周期分量，使励磁电流波形产生某半轴波形为空或含有明显间断角的现象。（2）励磁涌流中存在远高于正常线路电流的高次谐波含量，并且以二次谐波为主。（3）线路合闸时的角度会直接影响到励磁涌流的产生及幅值、间断角的大小。

4变压器涌流现象的识别技术

4.1二次谐波制动原理

研究表明，无论是励磁涌流还是和应涌流，都含有大量的二次谐波分量；而当变压器内部故障时，以短路为例：短路电流中的二次谐波分量很小。所以，可以通过测量差动电流中二次谐波的含量来区分是短路电流还是变压器涌流，若差动电流的二次谐波含量超过一个设定的阀值，则立即闭锁差动保护，以防止差动保护误动。但同时，采用二次谐波制动原理的差动保护易受系统其它因素所产生谐波的影响。如因超高压输电线路并联电容、分布电容及TA饱和等因素，使变压器内部故障时也将存在较大的二次谐波分量。此外，由于现代变压器饱和时二次谐波含量降低，给二次谐波制动比的整定带来困难。整定值较低可能造成差动保护误动，而整定值较高则会使差动保护的灵敏度变低。

4.2涌流识别的新技术

差动电流斜率标准差是一种新的判别涌流的方法，它主要是计算一个周期内差动电流波形斜率的标准差，与预设的高低阀值进行比较，并辅以二次谐波制动原理或间断角制动原理判据，判断差动电流为故电流还是空载合闸产生的励磁涌流或和应涌流。由于该方法并不受线路上的各种电容及互感器饱和的影响，可以完美弥补二次谐波制动原理或间断角制动原理判据所存在的问题，从而大幅度提高涌流识别的正确率。

5结束语

根据相关规范，变压器在投运前应装设多种不同类型的继电保护装置，本文重点研究和分析了变压器的差动保护。差动保护的理论依据是由基尔醒夫提出的第一定律(KCL)，由于差动保护本身具备很好的选择性和灵敏度等优点，一般用于重要电力设备的主保护。变压器的纵差保护最需要迫切解决的难题是怎样精确的辨识出励磁涌流和内部短路故障电流，基于此，本文作了相关的研究和分析，给出了一种新的辨识方法。

参考文献

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