電力變壓器勵磁涌流判據的思考

近年來,我國超高壓、大容量電力變壓器不斷投產,遠距離輸電系統越來越多地建成和安全運行,電力工業已有了可喜的發展。差動保護作為電力變壓器的主保護,其理論根據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,由于內部磁路的聯系, 本質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或變壓器外部故障切除后電壓恢復時,其暫態勵磁電流(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，并對新方法進行探討。

1電力變壓器常用勵磁涌流的判據及特點

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,目前仍占據主流。該方法以勵磁涌流和內部故障電流波形特征的差異為依據, 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, 有多年的運行經驗, 目前國內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勵磁涌流是暫態電流, 不適合用傅里葉級數的諧波分析方法。因為對于暫態信號而言, 傅里葉級數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、遠距離輸電的發展, 使得內部故障時暫態電流產生較大的二次諧波, 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得到應用，其判別依據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嚴重飽和時，端電壓會發生嚴重畸變，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。