變壓器勵磁涌流及鑒別方法課件

1、6.3 6.3 變壓器勵磁涌流及變壓器勵磁涌流及其鑒別方法其鑒別方法單相變壓器的勵磁涌流單相變壓器的勵磁涌流三相變壓器的勵磁涌流三相變壓器的勵磁涌流防止勵磁涌流引起誤動的方法防止勵磁涌流引起誤動的方法6.3.1 6.3.1 單相變壓器的單相變壓器的勵磁涌流勵磁涌流電壓與磁通之間的關(guān)系（標(biāo)幺值）：電壓與磁通之間的關(guān)系（標(biāo)幺值）：dudt設(shè)變壓器再設(shè)變壓器再t=0時空載合閘，加在變壓器上的電壓為：時空載合閘，加在變壓器上的電壓為：sin()muUt可解除，此時磁通為：可解除，此時磁通為：0cos()mt 穩(wěn)態(tài)磁通分量穩(wěn)態(tài)磁通分量非周期分量（直流分量）非周期分量（直流分量）6.3.1 單相變壓器的勵

2、磁涌流由于鐵芯的由于鐵芯的磁通不能突變磁通不能突變，所以可以求得：，所以可以求得：0cos( )mr 變壓器鐵芯的剩磁，其大小和方向與變壓器切除變壓器鐵芯的剩磁，其大小和方向與變壓器切除 時刻的電壓有關(guān)。時刻的電壓有關(guān)。r0cos()mt 但在變壓器空載合閘時產(chǎn)生的暫態(tài)過程中，由于但在變壓器空載合閘時產(chǎn)生的暫態(tài)過程中，由于 的作用使的作用使 可能會可能會大于大于 ，造成變壓器鐵芯的保護(hù)。，造成變壓器鐵芯的保護(hù)。6.3.1 6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流單相變壓器的勵磁涌流 電力變壓器的飽和磁通一般為電力變壓器的飽和磁通一般為 ，而變壓器的運(yùn)行電，而變壓器的運(yùn)行電壓一般不會超過額定電壓的壓一般

3、不會超過額定電壓的10%，相應(yīng)的磁通，相應(yīng)的磁通 不會超過飽和磁通不會超過飽和磁通 。變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，鐵芯是不飽和的變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，鐵芯是不飽和的。1.15 1.4sat0satsat6.3.1 6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流單相變壓器的勵磁涌流0satt2mr 112正常運(yùn)行正常運(yùn)行: :不飽和；不飽和；空載合閘空載合閘: :由于直流分量的由于直流分量的影響，可能飽和；影響，可能飽和；合閘半個周期后磁通達(dá)到合閘半個周期后磁通達(dá)到最大值，飽和最嚴(yán)重。最大值，飽和最嚴(yán)重。 是以是以22為周期變化，在為周期變化，在區(qū)間：區(qū)間：時發(fā)生飽和。時發(fā)生飽和。11(,2)t110 ,cosarccos

4、msatrm變壓器的近似磁化曲線如圖所示。變壓器的近似磁化曲線如圖所示。 6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流 由圖可見，鐵芯不飽和時，由圖可見，鐵芯不飽和時，磁化曲線的斜率很大，磁化曲線的斜率很大，勵磁電流勵磁電流近似為零近似為零，鐵芯飽和后，磁化曲，鐵芯飽和后，磁化曲線的斜率很小，勵磁電流大大增線的斜率很小，勵磁電流大大增加，形成勵磁涌流。加，形成勵磁涌流。6.3.1 6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流單相變壓器的勵磁涌流 由前面分析可知，在（由前面分析可知，在（0 0，22）周期內(nèi)，在區(qū)間：）周期內(nèi)，在區(qū)間：11(,2)t鐵芯飽和。鐵芯飽和。因此勵磁電流可表示為：因此勵磁電流可表示為：1111

5、10,02Im(coscos ),2i 或it1126.3.1 6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流單相變壓器的勵磁涌流 由圖可見，波形完全偏離時間軸的一次，且是間斷的，波形間斷的寬由圖可見，波形完全偏離時間軸的一次，且是間斷的，波形間斷的寬度稱為勵磁涌流的間斷角度稱為勵磁涌流的間斷角 。12Jt112JJ 間斷角間斷角 是區(qū)分勵磁涌流和故障電流的一個重要特征，飽和越嚴(yán)重間是區(qū)分勵磁涌流和故障電流的一個重要特征，飽和越嚴(yán)重間斷角越小。斷角越小。J6.3.1 6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流單相變壓器的勵磁涌流 的數(shù)值與變壓器電壓（穩(wěn)態(tài)磁通）幅值的數(shù)值與變壓器電壓（穩(wěn)態(tài)磁通）幅值 、合閘角、合閘角

6、以及鐵芯剩磁以及鐵芯剩磁 有關(guān)。通常關(guān)心各種情況下最小的間斷角，在計算時可有關(guān)。通常關(guān)心各種情況下最小的間斷角，在計算時可取取 、 、 ， 取最大剩磁。變壓器的最大剩磁與許多因素有關(guān)，現(xiàn)場實測也很困難，具取最大剩磁。變壓器的最大剩磁與許多因素有關(guān)，現(xiàn)場實測也很困難，具體數(shù)值目前還有爭議，較為保守的可取體數(shù)值目前還有爭議，較為保守的可取 ，可算得可算得 。Jmr1 . 1m015. 1satr7 . 0r108J6.3.1 6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流單相變壓器的勵磁涌流 勵磁涌流中除了基波分量外，還存在大量的非周期分量和諧波分量。由于勵磁涌流中除了基波分量外，還存在大量的非周期分量和諧波分

7、量。由于勵磁涌流是周期函數(shù)，可以展開成傅立葉級數(shù)：勵磁涌流是周期函數(shù)，可以展開成傅立葉級數(shù)：10(sincos)2nnnbianbn1sin1cosnnain dbin d 分解之后可得到非周期分量分解之后可得到非周期分量 ，基波分量，基波分量 以及高次諧波分以及高次諧波分量量 。 002bi22111Iab22nnnIab6.3.1 6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流單相變壓器的勵磁涌流 通常關(guān)心的是勵磁涌流中非周期分量和高次諧波分量的含量，在上面分析通常關(guān)心的是勵磁涌流中非周期分量和高次諧波分量的含量，在上面分析的前提條件下，它們只與間斷角有關(guān)，與勵磁涌流幅值無關(guān)，下表給出了集中的前提條件下

8、，它們只與間斷角有關(guān)，與勵磁涌流幅值無關(guān)，下表給出了集中間斷角下的諧波含量。間斷角下的諧波含量。非周期分量基波二次諧波三次諧波四次諧波76.810013.27.82.869.210028.87.53.563.710042.40.08.5108J150J180J6.3.1 6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流單相變壓器的勵磁涌流 綜合以上分析，單相變壓器勵磁涌流的特點(diǎn)為：綜合以上分析，單相變壓器勵磁涌流的特點(diǎn)為： （1 1）在變壓器空載合閘時，涌流是否產(chǎn)生以及涌流的大小與合閘角有關(guān)，）在變壓器空載合閘時，涌流是否產(chǎn)生以及涌流的大小與合閘角有關(guān)，合閘角合閘角=0=0和和=時勵磁涌流最大；時勵磁涌流最大

9、； （2 2）波形完全偏流時間軸的一側(cè)，并且出現(xiàn)間斷，涌流越大，間斷角越??；）波形完全偏流時間軸的一側(cè)，并且出現(xiàn)間斷，涌流越大，間斷角越??； （3 3）含有很大成分的非周期分量，間斷角越小，非周期分量越大；）含有很大成分的非周期分量，間斷角越小，非周期分量越大； （4 4）含有大量的高次諧波分量，而以二次諧波為主，間斷角越小，二次諧）含有大量的高次諧波分量，而以二次諧波為主，間斷角越小，二次諧波也越小。波也越小。6.3.2 6.3.2 三相變壓器的勵磁涌流三相變壓器的勵磁涌流 對于對于Y,d11Y,d11接線方式的三相變壓器，引入每相差動保護(hù)的電流是兩個變壓器接線方式的三相變壓器，引入每相差動

10、保護(hù)的電流是兩個變壓器繞組電流之差，其勵磁涌流也應(yīng)該是兩個繞組勵磁涌流的差值，即：繞組電流之差，其勵磁涌流也應(yīng)該是兩個繞組勵磁涌流的差值，即：. .A rABiii. .B rBCiii. .C rCAiii 兩個勵磁涌流相減后，涌流的時域特征和頻域特征都有所變化。下面以一算兩個勵磁涌流相減后，涌流的時域特征和頻域特征都有所變化。下面以一算列說明。列說明。6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流 計算條件計算條件: :1.1m 經(jīng)過計算，可得到勵磁涌流的波形以及諧波的含量，如圖所示。經(jīng)過計算，可得到勵磁涌流的波形以及諧波的含量，如圖所示。1.15sat 三相剩磁三相剩磁: :.0.7r A.0.7r

11、Br C 三相合閘角三相合閘角: :0A4/3B2/3B6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流2234322343. .A rABiii.Ai.Bi.Ci間斷角：78.6二次諧波含量：14.8%.Ai.Ai6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流2234322343. .B rBCiii.Ai.Bi.Ci間斷角：49.6二次諧波含量：37.6%.Bi.Bi6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流2234322343. .C rCAiii.Ai.Bi.Ci間斷角：78.6二次諧波含量：14.8%.Ci.Ci6.3.1 單相變壓器的勵磁涌流結(jié)合上面算例，對于一般情況，三相變壓器勵磁涌流有以下特點(diǎn)結(jié)合上面算例，對于一般情

12、況，三相變壓器勵磁涌流有以下特點(diǎn): :（1 1）由與三相電壓之間有）由與三相電壓之間有120120的相位差，因而三相勵磁涌流不會相同，的相位差，因而三相勵磁涌流不會相同，任何情況下空載投入，至少在兩相中要出現(xiàn)不同程度的涌流。任何情況下空載投入，至少在兩相中要出現(xiàn)不同程度的涌流。（2 2）某相勵磁涌流可能不再偏離時間軸的一側(cè)，變成了對稱性涌流。其）某相勵磁涌流可能不再偏離時間軸的一側(cè)，變成了對稱性涌流。其他兩相仍為偏離時間軸一側(cè)的非對稱性涌流。對稱性涌流的數(shù)值比較小，他兩相仍為偏離時間軸一側(cè)的非對稱性涌流。對稱性涌流的數(shù)值比較小，非對稱性涌流含有大量的非周期分量，但對稱性涌流中無非周期性分量。非

13、對稱性涌流含有大量的非周期分量，但對稱性涌流中無非周期性分量。（3 3）三相勵磁涌流中有一相或兩相二次諧波含量比較小，但至少有一相）三相勵磁涌流中有一相或兩相二次諧波含量比較小，但至少有一相比較大。比較大。（4 4）勵磁涌流的波形仍然是間斷的，但間斷角顯著減小，其中又以對稱）勵磁涌流的波形仍然是間斷的，但間斷角顯著減小，其中又以對稱性涌流的間斷角最小，但對稱性涌流的正向最大值與反向最大值之間的相性涌流的間斷角最小，但對稱性涌流的正向最大值與反向最大值之間的相位差（波寬）為位差（波寬）為120120，而穩(wěn)態(tài)電流波寬為，而穩(wěn)態(tài)電流波寬為180180。6.3.3 6.3.3 防止勵磁涌流引起誤動的方

14、法防止勵磁涌流引起誤動的方法1 二次諧波制動的方法二次諧波制動的方法二次諧波制動二次諧波制動根據(jù)勵磁涌流中含有大量二次諧波分量的特點(diǎn)，當(dāng)檢測到差根據(jù)勵磁涌流中含有大量二次諧波分量的特點(diǎn)，當(dāng)檢測到差電流中二次諧波含量大于整定值時就將差動繼電器閉鎖，以防止勵磁涌流引起電流中二次諧波含量大于整定值時就將差動繼電器閉鎖，以防止勵磁涌流引起的誤動。的誤動。二次諧波制動的差動保護(hù)二次諧波制動的差動保護(hù)采用二次諧波制動方法的保護(hù)。采用二次諧波制動方法的保護(hù)。動作判據(jù)：動作判據(jù)：122IKI 二次諧波幅值二次諧波幅值基波幅值基波幅值二次諧波制動比，可取二次諧波制動比，可取15%20%，根據(jù)具體情況而定，根據(jù)具

15、體情況而定 對于實際運(yùn)行的三相變壓器，早先的二次諧波制動是采用按相制動的方案。對于實際運(yùn)行的三相變壓器，早先的二次諧波制動是采用按相制動的方案。若某相的二次諧波含量大于若某相的二次諧波含量大于K K2 2，就閉鎖該相的差動保護(hù)，然而，在涌流嚴(yán)重時，就閉鎖該相的差動保護(hù)，然而，在涌流嚴(yán)重時，二次諧波含量將小于二次諧波含量將小于15%15%，因此差動保護(hù)可能會誤動。若降低整定值，則會影響，因此差動保護(hù)可能會誤動。若降低整定值，則會影響內(nèi)部故障時縱差動保護(hù)的動作速度（等待短路電流二次諧波衰減）。內(nèi)部故障時縱差動保護(hù)的動作速度（等待短路電流二次諧波衰減）。 由于三相勵磁涌流中至少有一相二次諧波含量較高

16、，近年來，由于三相勵磁涌流中至少有一相二次諧波含量較高，近年來，一般采用一般采用“三相或門制動三相或門制動”方案：三相差動電流中只要有一相的二次諧波含量超過制動方案：三相差動電流中只要有一相的二次諧波含量超過制動比，就將三相差動繼電器全部閉鎖。比，就將三相差動繼電器全部閉鎖。 變壓器內(nèi)部故障時，測量電流中的暫態(tài)分量也可能存在二次諧波，若含量變壓器內(nèi)部故障時，測量電流中的暫態(tài)分量也可能存在二次諧波，若含量超過超過K2K2，差動保護(hù)也將會閉鎖，直到暫態(tài)分量衰減后才能動作。為了加快內(nèi)部，差動保護(hù)也將會閉鎖，直到暫態(tài)分量衰減后才能動作。為了加快內(nèi)部嚴(yán)重故障時縱差動保護(hù)的動作速度，往往增加一組不帶二次諧

17、波制動的差動保嚴(yán)重故障時縱差動保護(hù)的動作速度，往往增加一組不帶二次諧波制動的差動保護(hù)，稱之為護(hù)，稱之為差動保護(hù)的速斷保護(hù)差動保護(hù)的速斷保護(hù)，其整定值按躲過最大勵磁涌流整定。，其整定值按躲過最大勵磁涌流整定。.rsetrAII.rsetrBII.rsetrCII.rAsetrAII.rBsetrBII.rCsetrCII122AAIKI122BBIKI122CCIKI1111&1 閉鎖差動保護(hù)不帶制動特性差動保護(hù)不帶制動特性差動保護(hù)帶制動特性差動保護(hù)帶制動特性差動保護(hù) 二次諧波制動差動保護(hù)優(yōu)點(diǎn)：二次諧波制動差動保護(hù)優(yōu)點(diǎn)：簡單、調(diào)試方便、靈敏度高簡單、調(diào)試方便、靈敏度高二次諧波制動差動保護(hù)

18、缺點(diǎn)：二次諧波制動差動保護(hù)缺點(diǎn)：（1 1）在具有靜止無功補(bǔ)償裝置等電容分量比較大的系統(tǒng)，故障暫態(tài)電流中）在具有靜止無功補(bǔ)償裝置等電容分量比較大的系統(tǒng)，故障暫態(tài)電流中含有大量二次諧波，差動保護(hù)的動作速度將受影響。含有大量二次諧波，差動保護(hù)的動作速度將受影響。（2 2）若空載合閘前變壓器已經(jīng)存在故障，合閘后故障相為故障電流，非故）若空載合閘前變壓器已經(jīng)存在故障，合閘后故障相為故障電流，非故障相為勵磁涌流，采用三相或門制動的方案時，差動保護(hù)必將被閉鎖。由于障相為勵磁涌流，采用三相或門制動的方案時，差動保護(hù)必將被閉鎖。由于勵磁涌流衰減很慢，保護(hù)的動作時間可能會長達(dá)數(shù)百毫秒。勵磁涌流衰減很慢，保護(hù)的動作

19、時間可能會長達(dá)數(shù)百毫秒。6.3.3 防止勵磁涌流引起誤動的方法2 間斷角鑒別的方法間斷角鑒別的方法間斷角鑒別間斷角鑒別勵磁涌流的波形中會出現(xiàn)間斷角，而變壓器內(nèi)部故障時流入差勵磁涌流的波形中會出現(xiàn)間斷角，而變壓器內(nèi)部故障時流入差動繼電器的穩(wěn)態(tài)差電流是正弦波，不會出現(xiàn)間斷角。間斷角鑒別的方法就是利動繼電器的穩(wěn)態(tài)差電流是正弦波，不會出現(xiàn)間斷角。間斷角鑒別的方法就是利用這個特征鑒別勵磁涌流和故障電流，即通過檢測差電流波形是否存在間斷角，用這個特征鑒別勵磁涌流和故障電流，即通過檢測差電流波形是否存在間斷角，當(dāng)間斷角大于整定值時將差動保護(hù)閉鎖。當(dāng)間斷角大于整定值時將差動保護(hù)閉鎖。動作判據(jù)一般有動作判據(jù)一般有間