涌流間相互作用對(duì)空投變過(guò)流保護(hù)的影響

孟潞

(天津市電力供電公司，天津 300010)

涌流間相互作用對(duì)空投變過(guò)流保護(hù)的影響

孟潞

(天津市電力供電公司，天津 300010)

分析了涌流間相互作用對(duì)勵(lì)磁涌流衰減速度的影響，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，由于和應(yīng)涌流和勵(lì)磁涌流的相互作用，致使空投變的勵(lì)磁涌流衰減速度變慢，可能會(huì)導(dǎo)致了后備過(guò)流保護(hù)的誤動(dòng)。進(jìn)一步的提出了應(yīng)對(duì)措施。大量的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。

勵(lì)磁涌流；和應(yīng)涌流；變壓器；過(guò)流保護(hù)

0 前言

差動(dòng)保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)。勵(lì)磁涌流和故障電流的正確識(shí)別是變壓器差動(dòng)保護(hù)亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題[1-9]。隨著我國(guó)輸電容量的不斷增加，多臺(tái)變壓器同時(shí)運(yùn)行已經(jīng)成為常態(tài)，出現(xiàn)了變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的新情況，這就是和應(yīng)涌流現(xiàn)象。和應(yīng)涌流對(duì)變壓器保護(hù)的影響已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。相關(guān)學(xué)者對(duì)有關(guān)和應(yīng)涌流形成的機(jī)理，防范措施等進(jìn)行了卓有成效的研究[10-13]。但以往的研究大多集中在和應(yīng)涌流對(duì)運(yùn)行變的影響上面，而對(duì)空投變保護(hù)的影響研究卻很少。

文中詳細(xì)分析了涌流間的相互作用機(jī)理，指出勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流相互作用能導(dǎo)致勵(lì)磁涌流的衰減速度變慢，因此可能導(dǎo)致空投變后備保護(hù)過(guò)流保護(hù)的誤動(dòng)，并針對(duì)這一問(wèn)題提出了相應(yīng)的解決措施。大量的仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)論的正確性。

1 涌流間相互作用機(jī)理分析

假設(shè)空投變?yōu)樽儔浩鱐1，運(yùn)行變#1和#2等效為變壓器T2，兩臺(tái)等效變壓器并聯(lián)連接。為了方便分析，假設(shè)變壓器T2不帶負(fù)荷，其簡(jiǎn)化等效電路如圖1所示。

圖1 和應(yīng)涌流簡(jiǎn)化等效電路模型

其中，is為系統(tǒng)側(cè)電流，i1和i2分別為流過(guò)變壓器T1和T2的勵(lì)磁電流，Rs、Ls為系統(tǒng)側(cè)等效電阻和電感，R1和L1分別為T(mén)1的等效電阻和電感，R2和L2分別為T(mén)2的等效電阻和等效電感。文獻(xiàn) [14]詳細(xì)推導(dǎo)了和應(yīng)涌流產(chǎn)生的機(jī)理，在此就不再累述，只給出等效變壓器TI和T2在一個(gè)周期內(nèi)磁鏈的變化方程：

其中i1f表示電流i1在一個(gè)周波內(nèi)非周期分量的平均值。從上式可以看出，T1的合閘涌流不僅自身的磁鏈有衰減，而且由于系統(tǒng)電阻Rs的存在，該衰減的涌流在T2上產(chǎn)生了偏磁，這也是T2產(chǎn)生和應(yīng)涌流的根本原因。假設(shè)T1的勵(lì)磁涌流i1是偏向于時(shí)間軸正側(cè)的 (同理可假設(shè)為偏于時(shí)間軸負(fù)側(cè)，不影響分析結(jié)果)，可以看到隨著T1磁鏈的減少，T2的磁鏈反相增加，在T2未達(dá)到飽和前，i2≈0。在T2產(chǎn)生和應(yīng)涌流之后，i2逐漸增大，此時(shí)的情況開(kāi)始變得復(fù)雜。結(jié)合圖2說(shuō)明之后的勵(lì)磁涌流的變化過(guò)程。

圖2 勵(lì)磁涌流與和應(yīng)涌流示意圖

由于兩臺(tái)變壓器i1和i2極性相反，設(shè)i1為正極性，則i2為負(fù)極性，此時(shí)因此和應(yīng)涌流產(chǎn)生后兩變壓器的磁鏈變化為：

比較 Δφ1'、Δφ2'與 Δφ1、Δφ2，得＜Δφ2可知產(chǎn)生和應(yīng)涌流之后，T1磁鏈衰減的速度減緩，同時(shí)T2磁鏈反相增加的速度也減緩，當(dāng)Δφ2'=0，即i2=時(shí)，φ2反向增加到最大值，開(kāi)始衰減。由于Rs＞＞R2，可近似看作i1=i2，這使得和電流is迅速減小到零附近，Rs所起的衰減作用幾乎消失，使得兩臺(tái)變壓器只能靠各自的R1和R2來(lái)衰減偏磁，每個(gè)周期偏磁的衰減為：

由于R1和R2的值比較小，因此，涌流的衰減速度要比單個(gè)變壓器發(fā)生涌流時(shí)要緩慢得多。特別的，通過(guò) (1)、 (3)、 (5)的比較可以看出，空投變產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，勵(lì)磁涌流的衰減速度會(huì)大為降低，這對(duì)空投變的保護(hù)產(chǎn)生不利的影響。

2 對(duì)空投變保護(hù)的影響

和應(yīng)涌流和勵(lì)磁涌流相互作用，導(dǎo)致了空投變T1的磁通變化減慢，進(jìn)而導(dǎo)致了勵(lì)磁涌流衰減速度變緩。后備過(guò)流保護(hù)由于空投變的電流衰減較慢，導(dǎo)致了空投變?cè)谝欢窝訒r(shí)后其電流幅值仍然超過(guò)了后備電流保護(hù)的定值，進(jìn)而導(dǎo)致了過(guò)流保護(hù)的誤動(dòng)作。對(duì)于空投變主保護(hù)差動(dòng)保護(hù)而言，由于微機(jī)保護(hù)一般都采用了二次諧波制動(dòng)環(huán)節(jié)，所以一般不會(huì)導(dǎo)致主保護(hù)誤動(dòng)。

由于空投變后備保護(hù)誤動(dòng)是由于涌流間的相互作用引起的，那么要使后備過(guò)流保護(hù)不誤動(dòng)，就要減少涌流間的相互作用，具體可以采取如下措施：

1)可以在空投變壓器時(shí)，把運(yùn)行變的中性點(diǎn)暫時(shí)不接地，這樣就使得空投變和運(yùn)行變的零序回路斷開(kāi)，鐵芯飽和程度輕，和應(yīng)涌流較小。因此涌流間的相互作用減弱，導(dǎo)致勵(lì)磁涌流衰減速度加快。

2)還有方法指出，通過(guò)加強(qiáng)變電站與系統(tǒng)的聯(lián)系，也可以減少和應(yīng)涌流的幅值，這樣也就減小了涌流間的相互作用。下面就涌流間相互作用對(duì)勵(lì)磁涌流的影響和相關(guān)解決措施進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

3 仿真驗(yàn)證

利用MATLAB搭建了兩臺(tái)并聯(lián)變壓器T1和T2，其中T1是空投變，T2是運(yùn)行變。兩臺(tái)變壓器的參數(shù)相同：額定容量180 MVA；變壓器變比為220/110；變壓器兩側(cè)繞組的漏抗均為0.08 Pu，變壓器的剩磁為 [-0.8，0，0.8]，空投變壓器在0.25 s空投。本次仿真分析包括兩部分內(nèi)容：

1)仿真驗(yàn)證和應(yīng)涌流對(duì)勵(lì)磁涌流衰減速度的影響；

2)對(duì)可能采取的防范措施進(jìn)行仿真分析。

3.1 和應(yīng)涌流對(duì)勵(lì)磁涌流衰減速度影響

圖3表示的是和應(yīng)涌流對(duì)勵(lì)磁涌流衰減速度的影響情況。圖3上方的仿真圖表示的是存在和應(yīng)涌流時(shí)勵(lì)磁涌流的變化情況；下方的仿真圖表示的是只有空投變，沒(méi)有運(yùn)行變時(shí)勵(lì)磁涌流的變化情況。

圖3 和應(yīng)涌流對(duì)勵(lì)磁涌流衰減的影響

通過(guò)圖3可以明顯的看出，由于和應(yīng)涌流的影響，勵(lì)磁涌流的衰減速度明顯減緩。本文對(duì)空投變?cè)诓煌暮祥l時(shí)間和剩磁的情況下進(jìn)行了大量的仿真實(shí)驗(yàn)。試驗(yàn)證明：和應(yīng)涌流與勵(lì)磁涌流之間的相互作用使勵(lì)磁涌流的衰減速度變慢。

3.2 改變運(yùn)行變的中性點(diǎn)接地方式

圖4表示的是改變運(yùn)行變中性點(diǎn)接地方式對(duì)勵(lì)磁涌流的影響情況。通過(guò)圖4可以看出 (實(shí)線(xiàn)表示的是中性點(diǎn)不接地，虛線(xiàn)表示的是中性點(diǎn)直接接地)，由于將運(yùn)行變中性點(diǎn)不接地，斷開(kāi)了空投變和運(yùn)行變的零序通路，使得勵(lì)磁涌流衰減速度明顯加快。

圖4 運(yùn)行變中性點(diǎn)接地方式對(duì)勵(lì)磁涌流的影響

3.3 加強(qiáng)變電站與系統(tǒng)側(cè)的聯(lián)系

理論上講，加強(qiáng)變電站與系統(tǒng)側(cè)的聯(lián)系，能減少和應(yīng)涌流的幅值，這樣涌流間的相互作用會(huì)被削弱。但是為了使和應(yīng)涌流的幅值減少，就要減少系統(tǒng)側(cè)的電阻，而這無(wú)疑增大了勵(lì)磁涌流的衰減速度。因此加強(qiáng)與系統(tǒng)側(cè)的聯(lián)系產(chǎn)生了兩方面的影響：一是減少和應(yīng)涌流能夠使得勵(lì)磁涌流的衰減速度加快；二是減少系統(tǒng)側(cè)電阻能夠使得勵(lì)磁涌流的衰減速度減慢。因此總體衰減速度不能夠很好的確定。而且系統(tǒng)側(cè)阻抗的減小，往往會(huì)引起勵(lì)磁涌流幅值的增大。所以該方法不適合解決空投變后備保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題。仿真圖如圖5所示，實(shí)線(xiàn)表示的是強(qiáng)系統(tǒng)聯(lián)系；虛線(xiàn)表示的是弱系統(tǒng)聯(lián)系。

圖5 變電站與系統(tǒng)聯(lián)系強(qiáng)弱對(duì)勵(lì)磁涌流的影響

綜上所述，比較有效的解決措施就是改變運(yùn)行變中性點(diǎn)接地方式，這樣既能有效的抑制勵(lì)磁涌流的幅值，也能加快涌流的衰減速度，進(jìn)而避免空投變后備保護(hù)的誤動(dòng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)涌流間的相互作用的分析發(fā)現(xiàn)，和應(yīng)涌流不僅會(huì)對(duì)運(yùn)行變產(chǎn)生不利的影響，也會(huì)對(duì)空投變產(chǎn)生不利的影響，容易引起空投變后備過(guò)流保護(hù)的誤動(dòng)。當(dāng)空投變壓器時(shí)暫時(shí)斷開(kāi)運(yùn)行變的中性點(diǎn)能起到很好的預(yù)防效果。需要指出的是，這類(lèi)誤動(dòng)事故的原因具有隱蔽性，不易被發(fā)現(xiàn)。因此這種現(xiàn)象值得引起注意。

[1] 王維檢.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用 [M].北京：中國(guó)電力出版社，2002.

[2] 徐巖，周霏霏.基于幅值特征的變壓器勵(lì)磁涌流和故障電流的識(shí)別 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2011，35(9)：205-209.

[3] 張慶偉，黃宏清，張強(qiáng)，等.利用突變量故障判別法配合模糊諧分析提高差動(dòng)保護(hù)的性能 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2010，34(8)：205-209.

[4] 安源，劉家軍.基于小波理論和多分辨率分析的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別方法 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2007，31(17)：21-25.

[5] 和敬涵，李靜正，姚斌，等.基于波形正弦特征的變壓器勵(lì)磁涌流判別算法 [J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27 (4)：54-59.

[6] 馬靜，王增平，徐巖.用相關(guān)函數(shù)原理識(shí)別變壓器勵(lì)磁涌流和短路電流的新方法 [J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29(6)：78-81.

[7] 王增平，馬靜.基于網(wǎng)格分形的勵(lì)磁涌流識(shí)別新方法 [J] .電網(wǎng)技術(shù)，2007，31(11)：63-68.

[8] 孫祥，肖勇.基于波形不對(duì)稱(chēng)特征的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別新方法 [J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2011，5(1)：74-77.

[9] 李邦云，楊東，袁貴川.基于二進(jìn)小波變換的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別 [J].電網(wǎng)技術(shù).2006，30(增刊)：384-389.

[10] 王增平，徐巖，王雪，等.基于變壓器模型的新型變壓器保護(hù)原理的研究 [J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2003，23 (12)：54-58.

[11] 張雪松，何奔騰.變壓器和應(yīng)涌流對(duì)繼電保護(hù)影響的分析.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2006，14(26)：12-17.

[12] 邵德軍，尹項(xiàng)根，張哲，等.基于基波幅值增量的變壓器和應(yīng)涌流識(shí)別方法 [J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2010，30 (10)：77-83.

[13] 谷君，鄭濤，肖仕武，等.基于時(shí)差法的Y/Δ接線(xiàn)變壓器和應(yīng)涌流鑒別新方法 [J]，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27 (13)：6-11.

[14] 武萬(wàn)才，邊疆，吳志勇.變壓器和應(yīng)涌流產(chǎn)生機(jī)理及其特性分析 [J].電力自動(dòng)化設(shè)備.2011，31(6)：112 -115.

Research on the Influence of Interaction Between Sympathetic Inrush and Inrush Current on No-load Transformer Over Current Protection And The Countermeasures

MENG Lu
(State Grid TianJin Electric Power Company，Tianjin 300010，China)

The principle of interaction between sympathetic inrush and magnetizing inrush is analyzed in detail.Through the analysis，it is found that the interaction between sympathetic inrush and the inrush current can low the decay velocity of magnetizing inrush significantly，and may cause the mis-operation of backup protection of the no-load transformer.Furthermore，the countermeasures are put forward.A large number of MATLAB simulations prove the method to be reasonable.

inrush current；sympathetic inrush；power transformer；over current protection

TM40

B

1006-7345(2014)06-0048-03

2014-07-18

孟潞 (1990)，女，助理工程師，天津市供電公司，從事電力系統(tǒng)保護(hù)與控制 (e-mail)shen198806＠126.com。