近年來,我國超高壓、大容量電力變壓器不斷投產(chǎn),遠距離輸電系統(tǒng)越來越多地建成和安全運行,電力工業(yè)已有了可喜的發(fā)展。差動保護作為電力變壓器的主保護,其理論根據(jù)是基爾霍夫電流定律,對于純電路設備,差動保護無懈可擊。但是,對于變壓器而言,由于內(nèi)部磁路的聯(lián)系, 本質(zhì)上不再滿足基爾霍夫電流定律,變壓器勵磁電流成為差動保護不平衡電流的一個主要來源。變壓器過勵磁時，勵磁電流可達到變壓器額定電流的水平;空載變壓器投入電網(wǎng)或變壓器外部故障切除后電壓恢復時,其暫態(tài)勵磁電流(即勵磁涌流)值有可能達到變壓器額定電流的6～8倍，這樣大的不平衡電流必然導致差動保護誤動。因此, 變壓器差動保護的主要問題一直集中在，如何準確判別勵磁涌流和內(nèi)部故障電流。本文將和大家一起探討變壓器勵磁涌流的常用判據(jù)，并對新方法進行探討。

1電力變壓器常用勵磁涌流的判據(jù)及特點

1.1僅利用電流量判別涌流

電流波形特征識別法一直是人們研究的熱點,目前仍占據(jù)主流。該方法以勵磁涌流和內(nèi)部故障電流波形特征的差異為依據(jù), 已運用于實踐的有二次諧波制動原理和間斷角原理。

1.1.1二次諧波制動原理

二次諧波制動法是計算差流中的二次諧波分量, 若其值較大則判定為涌流, 常用的判別式為:

二次諧波制動原理簡單明了, 有多年的運行經(jīng)驗, 目前國內(nèi)外實際投入運行的微機變壓器保護大都采用該原理。但是, 采用二次諧波制動原理的變壓器保護, 面臨著以下幾個問題:

a勵磁涌流是暫態(tài)電流, 不適合用傅里葉級數(shù)的諧波分析方法。因為對于暫態(tài)信號而言, 傅里葉級數(shù)法的周期延拓將導致錯誤的結果。

b很難適當選擇制動比K。美國西屋公司的制動比為7.0% ~ 7. 5%, 但ABB 取10% , 我國和大部分國家則取15%~ 20%[4] ,誰更科學較難評判。

c現(xiàn)代變壓器磁特性的變化, 使得涌流時二次諧波含量低, 導致誤動;而大容量變壓器、遠距離輸電的發(fā)展, 使得內(nèi)部故障時暫態(tài)電流產(chǎn)生較大的二次諧波, 導致拒動。

1.1.2間斷角原理

間斷角原理是由我國率先提出并制成樣機的,其模擬式保護裝置已經(jīng)得到應用，其判別依據(jù)是勵磁涌流波形中存在較大的間斷。一般采用間斷角為65°,波寬為140°作為判別邊界值，即當差流的間斷角大于65°時,判別為勵磁涌流;當間斷角小于65°且波寬大于140°時,則判別為內(nèi)部故障,保護裝置短時開放差動繼電器出口。

不過,間斷角原理也面臨著兩個非常棘手的難題：

a如何正確測量間斷角的問題。涌流間斷角處的電流非常小, 幾乎接近于0，需要CPU以較高的采樣率以準確測量間斷角;

b CT 的傳變引起間斷角的波形變形問題。

鑒于以上原因,目前利用間斷角原理的變壓器微機保護很少見。

1.2僅利用變壓器電壓量判別涌流

當變壓器勵磁涌流出現(xiàn)嚴重飽和時，端電壓會發(fā)生嚴重畸變，其中包含大量的諧波分量，可以用來鑒別勵磁涌流，原理如下：

如果變壓器三相電壓滿足下列條件是，判別為勵磁涌流保護閉鎖：

理的保護動作特性可能會變壞。

2 同時利用電壓、電流量判別涌流

各研究機構針對上述問題進行深入研究，并基于變壓器的模型，提出一種基于變壓器模型的新型變壓器保護方案,從根本上杜絕了勵磁涌流引起保護不正確動作的問題。在這里簡要敘述其基本原理，對于雙繞組單相變壓器,有以下的關系式成立:

式(5)是根據(jù)變壓器正常運行的模型得到的,所以它適合于外部故障、勵磁涌流及過激磁情況,只有內(nèi)部故障時,由于變壓器模型本身的內(nèi)部結構參數(shù)發(fā)生了變化,等式才不再立。因此,可以通過判別等式(5)是否成立,來決定保護裝置的動作行為, 這就是基于變壓器模型的新型變壓器保護原理,它從根本上保證了在勵磁涌流、過激磁、外部故障等情況下保護不會誤動作。

文獻[5]詳細推導了雙繞組和三繞組變壓器的動作方程,并根據(jù)動作方程提出了具體的保護判據(jù)。文獻[6]則對這種新型的變壓器保護方案進行了改進,對于動作方程按照梯形法,將連續(xù)的微分方程化為離散的差分方程,推導出了雙繞組變壓器的動作方程,并提出了相應的保護方案。新的方案不僅考慮了變壓器等效漏磁通的變化,而且涉及了漏感曲線斜率的變化情況,因此計算結果更令人滿意。同時,由于僅采用基于工頻量的數(shù)字差分運算,計算量較小,完全能夠滿足變壓器微機保護的要求。

3 結語

當前存在的勵磁涌流與內(nèi)部故障判別方法雖然種類繁多, 但都不夠完善, 遠不能滿足電力變壓器繼電保護的要求。為此, 加速研制新判據(jù)非常迫切與重要。由于變壓器發(fā)生勵磁涌流時磁路的飽和, 其電壓、電流并非線性相關, 只有應用電壓、電流兩個狀態(tài)變量同時表述變壓器的運行狀態(tài), 信息才具有完備性。就理論而言, 存在兩種途徑判別變壓器勵磁涌流與內(nèi)部故障: 一種途徑是拋開差動保護的思路, 應用變壓器電流、電壓信息, 從解決問題的開始就避開勵磁涌流的問題, 如基于變壓器回路方程的算法消去了直接體現(xiàn)變壓器鐵心磁通的非線性項, 從而避開了勵磁涌流的糾纏;另一種途徑就是直面勵磁涌流, 尋求判別勵磁涌流和內(nèi)部故障的方法, 這種途徑應充分考慮勵磁涌流時變壓器鐵心的非線性, 如磁通特性法。此外, 這一問題的解決還必須借助先進的科技識別手段, 隨著科學技術的發(fā)展, 這一問題必將得到解決。

參考文獻

[1] 葛寶明,于學海,王祥珩,蘇鵬聲,王維儉.基于等效瞬時電感判別變壓器勵磁涌流的新算法.中國電機工程學報,1999.

[2]王維儉. 變壓器保護運行不良的反思.電力自動化設備, 2001.

[3]王祖光.間斷角原理的變壓器差動保護.電力系統(tǒng)自動化, 1979.

[4]徐樹峰.勵磁涌流對變壓器保護的影響及其判別方法淺析.科技創(chuàng)新導報,2009.

[5]葛寶明，王祥珩，蘇鵬聲，王維儉.電力變壓器的勵磁涌流判據(jù)及其發(fā)展方向.電力系統(tǒng)自動化，2003

[6] 王增平,徐巖,王雪,楊奇遜.基于變壓器模型的新型變壓器保護原理的研究.中國電機工程學報,2003.