張騰超

　　(山東沂蒙抽水蓄能有限公司山東臨沂276000)

　　摘要：電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的、不可或缺的電氣設(shè)備，由于其復(fù)雜的運(yùn)行條件及性能，需要在應(yīng)用中加以密切關(guān)注，在電力變壓器中的勵磁涌流對造成變壓器的差動保護(hù)誤動，并產(chǎn)生諧波污染、鐵磁諧振、電壓陡降等危害，出于電力系統(tǒng)安全性能和可靠穩(wěn)定性能的要求，我們需要對影響變壓器差動保護(hù)性能的重要因素——勵磁涌流進(jìn)行分析，要明晰電力變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理，并運(yùn)用各種識別方法，剖析電力變壓器勵磁涌流對電力系統(tǒng)的影響。

　　關(guān)鍵詞：電力;變壓器;勵磁涌流;影響

　　電力變壓器在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用于發(fā)電、配電、輸電等各個環(huán)節(jié)，并在電力系統(tǒng)容量增大和電力等級提升的背景下，對電力變壓器的安全性能提出了更高的要求，為了適應(yīng)社會經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的需求，電力系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)互聯(lián)要求更高的繼電保護(hù)和安全裝置，以滿足電力保護(hù)的動作安全性能。電力變壓器對電力系統(tǒng)的安全保護(hù)通常采用差動保護(hù)的主保護(hù)方式，它具有原理簡便、靈敏度高的特性，然而，由于電力變壓器的動作準(zhǔn)確率不足，其中存在的勵磁涌流問題對于變壓器的差動保護(hù)性能有較大的影響，因而，本文針對這一現(xiàn)狀，進(jìn)行研究。

　　一、電力變壓器勵磁涌流的背景及發(fā)展現(xiàn)狀

　　電力變壓器可以連接和轉(zhuǎn)換不同電壓等級之間的電網(wǎng)能量，并在我國超高壓遠(yuǎn)距離輸電運(yùn)行規(guī)模中，廣泛使用了大容量變壓器，電力變壓器的準(zhǔn)確動作對于電力系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行有極為重要的意義和作用，對于電力變壓器保護(hù)的速斷性能和可靠性的要求越來越高。

　　對電力變壓器勵磁涌流的研究分析重點(diǎn)圍繞勵磁涌流的鑒別、抑制方法來進(jìn)行，對于變壓器差動保護(hù)中勵磁涌流的影響以及故障的識別方法中，傳統(tǒng)的判定方法已經(jīng)不能滿足迅猛發(fā)展的電力系統(tǒng)，因而在計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的背景下，研發(fā)出了許多新的識別方法，如：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)智能識別技術(shù)、模糊邏輯法識別技術(shù)等。對于電力變壓器的勵磁涌流抑制方法也有較多的成果，主要有：選相合閘法、合閘回路串電阻法、內(nèi)插電阻法等。但是，在實(shí)踐應(yīng)用過程之中，由于電力系統(tǒng)的運(yùn)行干擾因素相當(dāng)復(fù)雜，這些新的識別方法在實(shí)踐應(yīng)用中還存在缺陷，因而，還需要進(jìn)一步探索和研究，以完善其現(xiàn)場實(shí)踐應(yīng)用能力。

　　另外，對于電力變壓器勵磁涌流的影響因素，目前的研究分析主要進(jìn)行了合閘角和剩磁的仿真分析、剩磁和鐵芯磁性的仿真分析等，它們有一定的進(jìn)展，對識別和抑制勵磁涌流提供了一定的理論依據(jù)，但是還并不充分和系統(tǒng)化，需要進(jìn)一步研究和完善。

　　二、電力變壓器勵磁涌流概念及產(chǎn)生機(jī)理分析

　　電力變壓器運(yùn)行復(fù)雜，當(dāng)勵磁電流在過勵磁時，可以達(dá)到額定電流水平，在驟然切除變壓器外部故障或者空載合閘之后，端電壓會馬上回升，變壓器的電壓就會由零或極小的數(shù)值陡然增大到運(yùn)行電壓，在變壓器的電壓陡然增大的暫態(tài)狀態(tài)下，變壓器內(nèi)部的鐵芯會達(dá)到完全飽和的狀態(tài)，會在瞬間出現(xiàn)6-8倍的變壓器額定電流，這種不穩(wěn)定、不平衡的電流即稱為勵磁涌流。散布其中的直流分量以及諧波成分會使電力變壓器的供電質(zhì)量下降，諧波中的高次分量也會導(dǎo)致電網(wǎng)內(nèi)部敏感電子元器件的損壞，造成電力變壓器的早期失效。

　　電力變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理分析，可以通過一個雙繞組單相變壓器加以說明，如下圖所示：

　　上圖是將參數(shù)折算到二次側(cè)的單相變壓器等效電路，勵磁回路類似于電力變壓器內(nèi)部故障的支路，當(dāng)勵磁電流Ie全部進(jìn)入差動繼電器中時，就會產(chǎn)生不穩(wěn)定、不平衡的電流，用公式表示為：Iunb=Ie。

　　對于三相電力變壓器而言，也是同理。由此可知，勵磁電流的大小取決于勵磁電感Lu的數(shù)值，在電力變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)下的勵磁電流在額定電流的范圍之內(nèi)，不會造成對差動保護(hù)的影響。然而，當(dāng)電力變壓器空載投入或故障切除后電壓恢復(fù)時，電力變壓器就會出現(xiàn)暫態(tài)的勵磁電流，這個勵磁涌流巨大，如果采用動作電流躲避這一影響，動作保護(hù)在電力變壓器內(nèi)部故障時的靈敏度會降低，因而，需要采用其他的舉措，以防范勵磁涌流所導(dǎo)致的保護(hù)誤動。

　　三、電力變壓器勵磁涌流識別的原理

　　1、二次諧波制動原理

　　由于變壓器的勵磁涌流中有大量的偶次諧波分量，特別是二次諧波，可以利用差流中的二次諧波含量來判定和識別勵磁涌流，用如下公式加以表達(dá)：

　　Ⅰ2>K2Ⅰ1

　　在上述公式之中，Ⅰ2和Ⅰ1分別為差流中的二次諧波數(shù)值和基波數(shù)值。K2為二次諧波制動系數(shù)，這個二次諧波制動原理簡單易于操作，在數(shù)字化保護(hù)狀態(tài)下比常規(guī)保護(hù)更為便捷。

　　2、間斷角閉鎖原理

　　間斷角閉鎖原理以精準(zhǔn)測量間斷角為依據(jù)和前提，它是利用勵磁涌流波形具有較大的間斷而短路電流波形不間斷的顯著特征作為判定和識別依據(jù)。它的應(yīng)用特點(diǎn)為：通常采用按相閉鎖的方式，當(dāng)某一相符合間斷角涌流閉鎖條件之時，就閉鎖這一相的比率差動元件，它具有較高的抗變壓器過勵磁能力。但是，這一原理的應(yīng)用中，準(zhǔn)確測量間斷角和由TA傳變所引起的間斷角波形變形是難點(diǎn)，在實(shí)踐數(shù)字差動保護(hù)中應(yīng)用的效果并不甚理想。

　　3、波形對稱原理

　　電力變壓器的勵磁涌流在每個周期都會出現(xiàn)間斷，呈現(xiàn)出周期內(nèi)涌流波形不對稱的特點(diǎn)，基于這一特點(diǎn)，產(chǎn)生了波形比較法、波形擬合法等涌流識別方法，由于有諸多因素對涌流波形的影響，無法準(zhǔn)確分析和確定波形不對稱度K值的整定，這就隱藏有誤判的危險。

　　4、小波變換識別原理

　　小波變換具有可調(diào)節(jié)的時頻分辨能力，可以準(zhǔn)確地捕捉突變信號的益及特征，關(guān)于小波變換識別的原理主要應(yīng)用于奇異點(diǎn)檢測中，重點(diǎn)檢測和分析差流狀態(tài)突變而產(chǎn)生的間斷點(diǎn)。但是，在實(shí)踐應(yīng)用中，這種算法和原理受系統(tǒng)諧波的干擾較大，因而，需要提升變壓器的自身抗干擾能力。

　　四、電力變壓器勵磁涌流的影響因素

　　電力變壓器的勵磁涌流的影響因素主要包括：合閘初相角、剩磁、電源電壓、系統(tǒng)阻抗。其中：(1)合閘初相角對電力變壓器勵磁涌流的影響，可以從初相角的兩種情況加以分析：當(dāng)初相角а=0º時合閘，就可以從下述公式中計算得知：

　　當(dāng)合閘時間達(dá)到半個周期之后，瞬態(tài)分量與穩(wěn)態(tài)分量的瞬時值相疊加，這時φ的值為最大，遠(yuǎn)超于飽和磁通，隨即電力變壓器的勵磁涌流也陡然加大，導(dǎo)致變壓器鐵芯嚴(yán)重飽和。當(dāng)初相角а=90º合閘時，可以從下述公式中計算得知：

　　電力變壓器的磁通是呈正弦波變化的，不存在過渡過程，直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。

　　(2)剩磁對變壓器勵磁涌流的影響。當(dāng)剩磁正向達(dá)到最大時，磁通在合閘時會發(fā)生暫態(tài)過程。當(dāng)剩磁反向達(dá)到最大時，如果合閘初相角為а=90º，則磁通出現(xiàn)暫態(tài)過程;如果合閘初相角為а=0º，變壓器沒有勵磁涌流，直接進(jìn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。當(dāng)沒有剩磁時，如果合閘初相角為а=90º，則沒有暫態(tài)過程;如果合閘初相角為а=0º，磁通發(fā)生暫態(tài)過程。

　　(3)電源電壓對變壓器勵磁涌流的影響。當(dāng)其他條件一定的狀態(tài)下，增大電源電壓的幅值，穩(wěn)態(tài)磁通的幅值會增大，勵磁涌流的幅值也會相應(yīng)增大。

　　(4)系統(tǒng)阻抗對變壓器勵磁涌流的影響。系統(tǒng)阻抗會影響變壓器磁通衰減的時間常數(shù)，進(jìn)而影響變壓器的勵磁涌流幅值的大小。

　　總之，電力變壓器勵磁涌流問題是影響變壓器差動保護(hù)性能的關(guān)鍵性因素，我們需要分析其產(chǎn)生機(jī)理，并對其影響要素進(jìn)行探討，從而比較和選取適宜的識別技術(shù)和方法，對變壓器實(shí)現(xiàn)保護(hù)。

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