勵(lì)磁涌流的成因和防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作分析和解決方案

具宇樂

摘 要：勵(lì)磁涌流會(huì)在變壓器的運(yùn)行過程中造成差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的問題，影響變壓器運(yùn)行的質(zhì)量，導(dǎo)致變壓器的調(diào)節(jié)作用不等得到充分的發(fā)揮。文章將對勵(lì)磁涌流的成因和防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作進(jìn)行分析，并針對因?yàn)閯?lì)磁涌流的影響產(chǎn)生的差動(dòng)保護(hù)錯(cuò)誤提出有效的解決方案，為維持變壓器的有效運(yùn)行提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁涌流；差動(dòng)保護(hù)；保護(hù)裝置

中圖分類號：TM307.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號：1006-8937（2016）27-0103-02

勵(lì)磁涌流是一種電流，這種電流的產(chǎn)生是根據(jù)變壓器的特性決定的。在變壓器外部故障切除后，外部供電恢復(fù)的的瞬間，或者變壓器處于空載狀態(tài)投入運(yùn)行的過程，變壓器輸出側(cè)電壓瞬間突變會(huì)造成符合側(cè)瞬間電流極大，這個(gè)瞬間電流就是勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁電流受到變壓器容量、變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、鐵芯組成材料、接線方式、變壓器繞組回路阻抗值和磁通大小、外部設(shè)施施加電壓大小等因素的限制。

1 勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的根本原因

①磁通飽和。在變壓器運(yùn)行的過程中磁鏈?zhǔn)鞘睾悴蛔兊?，所以在從外面施加到變壓器任一?cè)繞組的電壓突然增加的時(shí)候，磁通都不會(huì)發(fā)生突變，這個(gè)時(shí)候磁路中會(huì)產(chǎn)生一種直流的分量磁通。直流分量磁通在周期分量上是正弦變化的，這就使磁通的周期性進(jìn)入了飽和區(qū)域。由于目前電網(wǎng)構(gòu)架與超高壓直流輸送電網(wǎng)并網(wǎng)產(chǎn)生比較大直流分量，變壓器停電檢修后恢復(fù)送電時(shí)容易產(chǎn)生勵(lì)磁涌流導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)

單相變壓器示意圖，如圖1所示。

變壓器電源側(cè)提供初始相位角為a的U1的電壓值。當(dāng)變壓器進(jìn)行瞬間通電的時(shí)候，在變壓器中磁路中會(huì)形成磁通。在變壓器空載運(yùn)行的過程中，電源側(cè)增加電壓U1會(huì)形成突變電壓1U。由于1U的初始相位角a不同，產(chǎn)生的偏磁極和磁極性的大小也會(huì)不相同。當(dāng)偏磁極和變壓器剩磁就發(fā)生重疊，就會(huì)使磁路的總磁通超過變壓器設(shè)計(jì)的飽和磁通，導(dǎo)致磁路飽和。這個(gè)時(shí)候變壓器初級繞組阻值就會(huì)瞬間增大，阻抗就會(huì)加劇降低，電流的瞬間額定值將會(huì)增大打一半額定值的5～8倍，瞬間電流和短路電流相近甚至相等，這個(gè)瞬間的大電流就是勵(lì)磁涌流。

當(dāng)變壓器剩磁極性和偏磁極性相反，變壓器剩磁就會(huì)和偏磁抵消，會(huì)在變壓器中形成一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)的磁通，穩(wěn)定狀態(tài)的磁通低于飽和磁通，就不會(huì)造成變壓器的飽和，在變壓器投切瞬間就不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。

②變壓器的磁化曲線不是線性的，這就說明其飽和狀態(tài)不是一下完成的，而是隨著電流的增加逐漸的飽和的，也就是說在變壓器磁化曲線飽和的時(shí)候會(huì)有較大的勵(lì)磁電流。

2 勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)

包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于時(shí)間軸的一側(cè)；其波形性狀尖頂波形，包含大量的高次諧波分量，并以二次、三次諧波為主。往往使勵(lì)磁涌流波形中出現(xiàn)間斷和不對稱；

空充時(shí)三相電壓基本不變、基本無零序電壓和零序電流；勵(lì)磁涌流的衰減快慢由時(shí)間常數(shù)L/R決定，小型變壓器電阻較大，電抗較小，衰減較快，約幾個(gè)周期可達(dá)穩(wěn)態(tài)；大型變壓器，電阻較小，電抗較大，衰減較慢，有可能延續(xù)20 s才達(dá)到穩(wěn)態(tài)；勵(lì)磁涌流的數(shù)值很大，在電流值上一般可以達(dá)到變壓器額定電流的6～8倍。勵(lì)磁電流在不同型號的變壓器上的穩(wěn)定時(shí)間不同，在大型變壓器上繞組阻值小、阻抗高，勵(lì)磁電流在較短時(shí)間內(nèi)就能衰減達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，在小型變壓器上，阻值大、阻抗小，勵(lì)磁電流需要用很長時(shí)間才能衰減到穩(wěn)定狀態(tài)。

3 勵(lì)磁電流造成差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的分析

識(shí)別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部的故障電流對于主變差動(dòng)保護(hù)具有重要的作用，在這方面我國各保護(hù)廠家在防止空充時(shí)保護(hù)誤動(dòng)的時(shí)候大多是以勵(lì)磁涌流波形特征為依據(jù)，這種方法并并不能完全的防治保護(hù)誤動(dòng)。比如南瑞繼電保護(hù)采用的是三相差流均具備涌流特征的時(shí)候才閉鎖保護(hù)，在空充的狀態(tài)下會(huì)有極大的概率出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)。

關(guān)于某變壓器出現(xiàn)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的圖示，如圖2所示。從圖中可以看出來在變壓器空充的瞬間，C相差電流中的二次諧波分量為9%左右，然而在斷路器跳閘，電流消失之前的這段時(shí)間二次諧波分量出現(xiàn)了顯著的增長，已經(jīng)增長到14%左右。這里的變壓器采取的是RCS—978型保護(hù)裝置，這種裝置中的勵(lì)磁電流判據(jù)的原理是分相制動(dòng)，這種軟件雖然引入勵(lì)磁涌流采用浮動(dòng)門檻措施，但是在勵(lì)磁電流產(chǎn)生時(shí)由于C相位相差電流二次諧波分量小于保護(hù)裝置設(shè)定的15%的閉鎖定值，所以要經(jīng)過一段時(shí)間之后二次諧波閉鎖功能才能開放，這就造成了變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。根據(jù)科學(xué)定理我們可以知道在沒有收到勵(lì)磁電流影響的情況下，如果輸入電流和輸出電流相等，差動(dòng)保護(hù)電流就會(huì)是0。當(dāng)勵(lì)磁電流在變壓器中產(chǎn)生時(shí)，就會(huì)在變壓器中產(chǎn)生差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，在特殊情況下還會(huì)造成誤動(dòng)的情況。

4 防止差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的科學(xué)方法

4.1 差動(dòng)保護(hù)定值設(shè)定

二次諧波制動(dòng)系數(shù)的整定值對變壓器差動(dòng)保護(hù)有著很大的影響，為了解決差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)在變壓器的系統(tǒng)網(wǎng)要制定好二次諧波制動(dòng)系數(shù)的整定值，在全網(wǎng)取統(tǒng)一的整定值，不要在不同地區(qū)取不同的整定值，根據(jù)科學(xué)的研究把二次諧波的整定值取在15%能夠較好的避免差動(dòng)保護(hù)的誤動(dòng)，如果空沖的變壓器每次的二次諧波都小于15%，可以根據(jù)實(shí)際情況對二次諧波的整定值進(jìn)行合理的調(diào)整，把整定值降低到12%，避免設(shè)定的整定值高于變壓器空沖的實(shí)際情況。

4.2 整定變壓器保護(hù)裝置

主要原因是保護(hù)軟件過于落后，通過升級保護(hù)裝置軟件系統(tǒng)進(jìn)一步防止勵(lì)磁涌流導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。例如南瑞繼保RCS978型保護(hù)裝置通過升級實(shí)現(xiàn)分相閉鎖，浮動(dòng)門檻在空充時(shí)適當(dāng)降低閉所定值，隨時(shí)間推移自動(dòng)提高定值到諧波整定值；根據(jù)二次諧波含量變化趨勢進(jìn)行輔助判斷；長園深瑞PCS778保護(hù)裝置當(dāng)差流二次諧波未能制動(dòng)時(shí)，可進(jìn)一步用兩個(gè)相電流中的二次諧波進(jìn)行制動(dòng)；國電南自WBG500G保護(hù)裝置通過二次諧波“或”邏輯，計(jì)算三相差流中的最大二次諧波幅值與最大基波幅值的比值且三次諧波分相閉鎖，采用瞬時(shí)濾直后的差流量計(jì)算三相差流各相的三次諧波值Id3x與各相的差流基波值Idx的比值，這樣就可以增強(qiáng)變壓器對勵(lì)磁涌流的躲避能力，從而可以減少手勵(lì)磁涌流影響產(chǎn)生的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。

4.3 快速判斷勵(lì)磁涌流，恢復(fù)主變送電

在判斷勵(lì)磁涌流的時(shí)候主要是通過故障錄波器波形圖分析對勵(lì)磁涌流及故障進(jìn)行識(shí)別。

當(dāng)電流波形偏于時(shí)間軸一側(cè)，并有明顯間斷角角且畸變嚴(yán)重；電壓幅值及波形基本不變，諧波含量中出現(xiàn)大量的以二次、三次諧波為主的高次諧波，一般至少一相含量超過15%且二次諧波含量隨著時(shí)間推移有增加趨勢的時(shí)候就可以認(rèn)定為勵(lì)磁涌流。

在變壓器發(fā)生故障時(shí)，電流波形對稱于時(shí)間軸且為為正弦波，一般三相幅值不一致，且有一相或兩相遠(yuǎn)大于其他相；電壓幅值下降明顯，且電壓降低相與電流升高相對應(yīng)并有有非電量保護(hù)動(dòng)作報(bào)警或跳閘信號，其二次、三次諧波含量不大，一般小于10%基本可判定為主變故障。區(qū)別兩者，一旦判定勵(lì)磁涌流引起變壓器跳閘，可快速恢復(fù)變壓器送電。

5 結(jié) 語

本文對勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因和勵(lì)磁涌流引起的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的原因進(jìn)行了簡單點(diǎn)分析，針對引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的原因提出了提高變壓器躲避及判斷勵(lì)磁涌流能力的科學(xué)措施，以及能夠?yàn)樵趯?shí)際工作中解決變壓器勵(lì)磁涌流引起的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的問題提供科學(xué)的幫助。

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