變壓器勵(lì)磁涌流及和應(yīng)涌流的分析研究

1、變壓器勵(lì)磁涌流及和應(yīng)涌流的分析研究陳?。o(wú)錫供電公司，江蘇 無(wú)錫214061）摘要空投變壓器時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流及和應(yīng)洶流，對(duì)變壓器和繼保裝置將造成一定的影響，是一個(gè)值得 重視的問(wèn)題。本文主要分析了兩種涌流的產(chǎn)生機(jī)理，研究了英各自的特征及危害，同時(shí)針對(duì)涌流可能引起 相關(guān)保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題介紹了相應(yīng)的解決措施。關(guān)鍵詞變壓器勵(lì)磁涌流和應(yīng)涌流1 概述電力變壓器作為一種關(guān)鍵設(shè)備，在電力系統(tǒng)中占據(jù)積極重要的地位，一旦發(fā)生故障遭到 破壞，檢修難度人、停電周期長(zhǎng)、經(jīng)濟(jì)損失人。因此，變壓器運(yùn)行的可靠性是整個(gè)電力系統(tǒng) 安全的璽要保證。長(zhǎng)期以來(lái)，差動(dòng)保護(hù)一直是主變電量保護(hù)中的主保護(hù)，差動(dòng)町以準(zhǔn)確地區(qū) 分主變區(qū)外及區(qū)內(nèi)

2、故障，選擇性的切除故障。但是，當(dāng)在變壓器空投和外部故障切除后電壓 恢復(fù)時(shí)，則可能出現(xiàn)與內(nèi)部故障數(shù)值相當(dāng)?shù)膭?lì)磁涌流，進(jìn)而造成變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。如何 正確識(shí)別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流是變壓器差動(dòng)保護(hù)的核心問(wèn)題。2 變壓器勵(lì)磁涌流問(wèn)題分析2.1勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理以單相變壓器為例，說(shuō)明其空投時(shí)勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的機(jī)理。設(shè)電源電壓為正弦函數(shù)，即：當(dāng)空載單相變壓器突然投入無(wú)窮大電源時(shí)，忽略變壓器的繞組電阻和漏抗，令一次側(cè)匝 數(shù)n二1,則有：=um sin（曲 + a）cos（曲+ q） + c（q式中積分常數(shù)c是山合閘初始條件20的剩磁0決定，故得到:c = cos（曲 + a） + 0.0）由此空載合閘的鐵芯

3、磁通為：0 = 一0” cos（曲 + °） + 0“ cos a + 0式中，匕竺為對(duì)應(yīng)電壓的磁通幅值，血cos（曲+ g）稱為穩(wěn)態(tài)磁通, co血cos a + 0稱為暫態(tài)磁通。為了得到空載合閘勵(lì)磁涌流，利用變壓器鐵芯的磁化illi線，用作圖法求解，如圖1所示:圖1作圖法求解單相變壓器勵(lì)磁涌流(a)磁化曲線(b)勵(lì)磁曲線當(dāng)磁通0v0,時(shí)，變壓器鐵芯不飽和，勵(lì)磁電感無(wú)窮大，電流等于0;當(dāng)0>0、時(shí)，變 壓器鐵芯飽和，勵(lì)磁電感迅速減小，從而產(chǎn)住了勵(lì)磁電流，分析可知?jiǎng)?lì)磁涌流是由于變壓器 空載投入產(chǎn)生的撫態(tài)磁通引起的。由于磁通不能突變，在空載投入?yún)?，變壓器不?huì)飽和，要 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才

4、會(huì)產(chǎn)牛勵(lì)磁涌流，出現(xiàn)間斷角。若不考慮變壓器的損耗，暫態(tài)磁通不會(huì)衰減, 勵(lì)磁涌流呈現(xiàn)周期性的變化:若考慮變壓器的損耗，暫態(tài)磁通逐漸衰減，使得涌流的幅值逐 漸變小，肓到涌流消失。2.2勵(lì)磁涌流的特征及危害單相變壓器勵(lì)磁涌流主婆有以下特點(diǎn)：(1)波形偏向于時(shí)間軸一側(cè)，并且出現(xiàn)間斷。涌 流越大，間斷角越小。(2)含冇大量的高次諧波，并月以二次諧波為主。間斷角越小，二次 諧波也越小。(3)含有人量的非周期分量，間斷角越小，非周期分量越大。(4)勵(lì)磁涌流是 否產(chǎn)牛以及產(chǎn)牛的的大小與合閘角有關(guān)。三相變壓器勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)：與單相變壓器勵(lì)磁涌流相比，英中一相或兩相勵(lì)磁涌流的 二次諧波明顯減少，但至少還存一相勵(lì)磁

5、涌流含有-大最的二次諧波。勵(lì)磁涌流仍然間斷，但 是間斷角明顯減少，英中以対稱涌流的間斷角最小。某和勵(lì)磁涌流可能不再偏離時(shí)間軸的一 側(cè)，變成了對(duì)稱涌流。其它兩相仍然為偏離時(shí)間軸一側(cè)的非對(duì)稱涌流。對(duì)稱性涌流的數(shù)值鮫 小，非對(duì)稱性涌流仍含有人量的非周期分量，但對(duì)稱性涌流屮無(wú)非周期分量。三相電壓之間 冇相位差，三相勵(lì)磁涌流不同，任何情況下空載投入變壓器，至少在兩相中要出現(xiàn)不同程度 的勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流最大的危害是可能引起變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，使得變壓器投運(yùn)失敗。數(shù) 值很大的勵(lì)磁涌流會(huì)導(dǎo)致變壓器及斷路器因電動(dòng)力過(guò)大受損，同時(shí)勵(lì)磁涌流會(huì)誘發(fā)操作過(guò)電 壓，損壞電氣設(shè)備。勵(lì)磁涌流中的人量諧波還會(huì)對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)疑造

6、成嚴(yán)重的污染。2.3針對(duì)勵(lì)磁涌流問(wèn)題所采取的措施由于勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生將造成變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)隱患，fi前在微機(jī)型變壓器保護(hù)中主 要采取以下三種扌鑿施來(lái)加以解決：(1) 二次諧波制動(dòng)原理二次諧波制動(dòng)原理簡(jiǎn)單明了，但是在應(yīng)用吋也有較大的局限性。缺點(diǎn)之一是很難適當(dāng) 選擇制動(dòng)比。其二是勵(lì)磁涌流是暫態(tài)電流，不適合用傅氏級(jí)數(shù)的諧波分析方法。其三是大型 變壓器勵(lì)磁涌流衰減較慢，導(dǎo)致菲動(dòng)保護(hù)被長(zhǎng)時(shí)間閉鎖，內(nèi)部故障時(shí)暫態(tài)電流屮含冇較人的 二次諧波，保護(hù)不易識(shí)別，并且動(dòng)作延時(shí)。在剩磁較多時(shí)涌流中二次諧波含量變的很低，很 容易導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)課動(dòng)。（2）間斷角原理間斷角閉鎖原理是利用勵(lì)磁涌流波形具有較大的間斷而短路電流波

7、形連續(xù)變化不間斷 的特征作為鑒別判據(jù)，簡(jiǎn)單直接。但它是以精確測(cè)量間斷角為基礎(chǔ)，如遇到暫態(tài)飽和傳變會(huì) 使涌流二次側(cè)間斷角發(fā)生畸變，有時(shí)會(huì)消失，必須采取某些措施來(lái)恢復(fù)間斷角，這樣就增加 了保護(hù)碩件的復(fù)雜性。同時(shí)間斷角原理需要較高的采樣率以準(zhǔn)確地測(cè)量間斷角，這對(duì)cpu 的計(jì)算速度提出了更高的耍求。此外，用微機(jī)實(shí)現(xiàn)間斷角原理吋硬件成本高。（3）波形對(duì)稱原理波形對(duì)稱原理原理是利用差電流導(dǎo)數(shù)的前半波與后半波進(jìn)行對(duì)稱比較，根據(jù)比較的結(jié)果 判斷是否發(fā)生了勵(lì)磁涌流。該原理是間斷角原理的推廣，比間斷角原理容易實(shí)現(xiàn)，克服了間 斷角原理對(duì)微機(jī)偵件要求太高的缺點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)快速出口和可靠閉鎖于涌流。但是該原理的應(yīng) 用的問(wèn)題

8、有：比較閾值和對(duì)稱范圍（對(duì)稱角度）只能通過(guò)試驗(yàn)的方式設(shè)定或修正，結(jié)果潛伏 了誤判的隱患。該判據(jù)還受到諧波的影響，如在剩磁較多的時(shí)候，其勵(lì)磁涌流中的諧波含量 較少，容易課判為故障電流，在對(duì)對(duì)稱度較高的對(duì)稱涌流進(jìn)行判別的時(shí)候可能產(chǎn)牛課動(dòng)。另 外，當(dāng)故障電流畸變嚴(yán)重吋，需要延時(shí)出口。3 變壓器和應(yīng)涌流問(wèn)題分析3.1和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理以兩臺(tái)單和變壓器t1和t2并聯(lián)運(yùn)行為例來(lái)說(shuō)明和應(yīng)涌流的產(chǎn)生過(guò)程，等效電路如圖 2所示。圖3兩臺(tái)變壓器并聯(lián)且運(yùn)行變床器帶負(fù)載的等效電路為方便分析，設(shè)t1空載運(yùn)行。合上開關(guān)k空載投入t2示，在t1產(chǎn)生和應(yīng)涌流以前顯 然有f1=0, i2=is（）f可求得t2的涌流在t1中產(chǎn)生

9、的偏磁為:（c°s組_cos生）血 幾+ %x2”入九冰為變壓器t2空載投入后第k個(gè)周期時(shí)t1的偏磁；0&為t2笫k個(gè)周期的涌流間斷角；0.0為相應(yīng)的無(wú)損變壓器的間斷角。變壓器是否會(huì)產(chǎn)生和應(yīng)涌流，取決于其偏磁能否積累到飽和點(diǎn)，也就是說(shuō)當(dāng)滿足下式 時(shí)t1會(huì)產(chǎn)生和應(yīng)涌流：0.0_ （cos 才-一 1）0” > 01刖 一 1 （取穩(wěn)定后 0.0 = 2龍）01,如為t 1的飽和磁通。由此町以看到，合閘角a=q時(shí)最容易產(chǎn)生和應(yīng)涌流。系統(tǒng)電阻與空投變壓器電阻的 比值匚2。對(duì)和應(yīng)涌流的產(chǎn)生以及衰減有很人的影響。比值越小，越不容易產(chǎn)牛和應(yīng)涌 流，若產(chǎn)生和應(yīng)涌流，則衰減也比較快。由

10、此可見，在低電壓等級(jí)的系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)心 的相對(duì)值比較大，因而更容易產(chǎn)生和應(yīng)涌流。以上假定是t1空載運(yùn)行，如果t1帶負(fù)載則有如圖3等效電路。由于t1支路屮勺分壓作用，使得t1的偏磁變化量更小，從而使得和應(yīng)涌流的出 現(xiàn)吋間延后，幅值變小，在某些條件（重載）下和應(yīng)涌流可能消失。需要著重指出的是，并列運(yùn)行的兩臺(tái)變壓器t1和t2 ,當(dāng)t 2空載合閘時(shí)，只冇二者 中性點(diǎn)均接地時(shí)才會(huì)在t1屮產(chǎn)牛和應(yīng)涌流，否則只在t2屮產(chǎn)牛勵(lì)磁涌流。以上從偏磁衰減 的角度解釋了和應(yīng)涌流產(chǎn)生的本質(zhì)原因 并列運(yùn)行的兩臺(tái)變壓器，空載合閘的一臺(tái)變壓 器t2產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，勵(lì)磁涌流流過(guò)系統(tǒng)電阻，并在兩臺(tái)變壓器公共接入點(diǎn)引起電壓波動(dòng)，

11、從而在另一臺(tái)運(yùn)行變壓器t1產(chǎn)生偏磁，若空載合閘角適當(dāng)，使t1上積累的偏磁大丁其飽和 磁通，在t1中便會(huì)產(chǎn)牛和應(yīng)涌流。山此可見，対于三相變壓器而言，運(yùn)行的變壓器t1中性 點(diǎn)是否接地都有可能產(chǎn)牛和應(yīng)涌流。3.2和應(yīng)涌流的特征及和應(yīng)涌流的危害和應(yīng)涌流的主要特征如下：（1）相對(duì)于勵(lì)磁涌流而言，和應(yīng)涌流為負(fù)（反）向的，即當(dāng) 變壓器空載合閘而鐵芯為正向飽和時(shí)，并聯(lián)運(yùn)行變壓器的鐵芯趨向反向飽和。（2）變壓器 山初始的不飽和狀態(tài)逐漸過(guò)渡到飽和狀態(tài)，和應(yīng)涌流將山小到大逐步增長(zhǎng)，和應(yīng)涌流的大小 與勵(lì)磁涌流的大小有關(guān)。相對(duì)于和應(yīng)涌流的上述特點(diǎn)，存在如下和應(yīng)的問(wèn)題：（1）由于和應(yīng)涌流方向相對(duì)于勵(lì)磁 涌流方向反向。當(dāng)系

12、統(tǒng)中某臺(tái)變壓器空載合閘時(shí)，零序電流通過(guò)兩變壓器中性點(diǎn)、大地進(jìn)入 運(yùn)行變壓器，可能引起運(yùn)行變壓器零序過(guò)流保護(hù)誤動(dòng)跳閘。（2）由丁大容屋變壓器空載合 閘的暫態(tài)過(guò)程持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，和應(yīng)涌流增長(zhǎng)也較緩慢.運(yùn)行變壓器的差動(dòng)保護(hù)有可能在變壓器 空載合閘一段時(shí)間后，由于和應(yīng)涌流課動(dòng)跳閘。3.3針對(duì)和應(yīng)涌流問(wèn)題所采取的措施運(yùn)行屮發(fā)住過(guò)當(dāng)系統(tǒng)小某臺(tái)變壓器空載合閘時(shí)，正在運(yùn)行的變壓器零序過(guò)流保護(hù)謀動(dòng)跳 閘事故。針對(duì)此事故的防范措施是：（1）正確計(jì)算各種系統(tǒng)運(yùn)行方式下其它變壓器空載合 閘時(shí)在木變壓器中性點(diǎn)流過(guò)的最大零序電流值，確整定變壓器零序電流保護(hù)的各段定值, 防止零序保護(hù)課動(dòng)；（2）應(yīng)盡量使設(shè)備在正常接線運(yùn)行方式下

13、運(yùn)行，設(shè)法減少或避免在特 殊運(yùn)行方式下運(yùn)行，以防止零序保護(hù)定值可能不滿足特殊運(yùn)行方式的要求而造成零序保護(hù)誤 動(dòng)作。針對(duì)和應(yīng)涌流的產(chǎn)生原理，為防止和應(yīng)涌流的產(chǎn)生，冇幾條切實(shí)可行的現(xiàn)場(chǎng)防范措丿瓶（1）變壓器空載合閘前應(yīng)將站內(nèi)所有電容器退出運(yùn)行，同時(shí)宜選擇負(fù)荷高峰期進(jìn)行變 壓器空載合閘充電，這些都能有效減少和應(yīng)涌流。（2）變電站給變壓器充電側(cè)有兩段以上母線的，應(yīng)盡量使待空載充電變壓器與仍在運(yùn) 行的變壓器分列，以減少二者通過(guò)公共母線電壓耦合而產(chǎn)生和應(yīng)涌流的兒率。（3）llokv及以下變電站，滿足零序網(wǎng)絡(luò)情況下應(yīng)盡量使正在運(yùn)行的變壓器中性點(diǎn)不 接地。（4）在滿足保護(hù)町靠性前提下，可以設(shè)置另一套定值并保存在其他分區(qū)：將運(yùn)行變壓 器的差動(dòng)保護(hù)門檻值設(shè)高，只有在并聯(lián)變壓器空載合閘前才將此分區(qū)定值投入。(5) 可加裝電壓繼電器閉鎖差動(dòng)保護(hù)出口，通過(guò)壓板的投退方便地實(shí)現(xiàn)切換，只冇在 并聯(lián)變壓器空載合閘前才投入低電壓閉鎖功能。4 結(jié)語(yǔ)勵(lì)磁涌流及和應(yīng)涌流在運(yùn)行操作和保護(hù)設(shè)計(jì)整定過(guò)程中是一個(gè)不可忽視的問(wèn)題,木文在 理論分析的革礎(chǔ)上研究了兩種涌流的產(chǎn)生機(jī)理，探討了它們各口的特征及危害，同吋從防止 涌流問(wèn)題造成變壓器保