防止勵磁涌流造成差動保護誤動的方法研究

摘 要：文章對防止電力變壓器在空載合閘情況下產生的勵磁涌流造成差動保護誤動作的措施和制動模式作了進一步研究，深入分析了二次諧波制動系數、波形對稱原理制動判別門檻值、制動模式對差動保護可靠躲過勵磁涌流的影響。

關鍵詞：勵磁涌流；差動保護；二次諧波制動；波形對稱；誤動

中圖分類號：TM401 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）30-0086-01

作為電力變壓器的主保護，差動保護的作用是非常關鍵的，而如何對勵磁涌流和故障電流進行有效識別，避免空載合閘下因勵磁涌流而造成的差動保護誤動，是變壓器差動保護中需要重點解決的問題。通常在實際應用中，多是采用基于勵磁涌流波形特征的識別方法，如二次諧波制動、波形對稱原理制動和間斷角原理制動，制動模式主要有分相制動、或門制動和三取二制動。目前，為防止勵磁涌流造成差動保護誤動，采用的各種方案都是基于勵磁涌流識別技術進而采取制動措施閉鎖差動保護。但由于實際勵磁涌流的復雜性，現在所采用的一些方案在識別勵磁涌流并可靠閉鎖方面存在不少問題，還不能完全保證差動保護可靠躲過勵磁涌流而不誤動。

1 一起勵磁涌流造成誤動事例

某年10月29日，某500 kV變電站#1聯變年檢工作結束后進行聯變恢復送電操作。21：06：35，由220 kV側24 A開關對1#聯變充電時，1#聯變第一套RCS-978C、第二套RCS-978C比率差動保護動作出口跳閘，24 A開關跳開；聯變非電量保護未動作，瓦斯繼電器內無氣體。

對事故進行嚴密分析，判定本次某500 kV變電站#1聯變220 kV側24 A開關在對#1聯變充電過程中RCS-978C保護動作跳閘的原因是空投變壓器引起勵磁涌流達到差動保護啟動值，且本次年檢進行變壓器繞組直流電阻測試，引起鐵芯剩磁加大，造成第一次空充時A、B兩相二次諧波含量低于定值（定值為15%），勵磁涌流制動判據開放差動保護引起的保護誤動作。

最后的處理方案是繼續送電，并規定今后嚴格控制大型變壓器高、中壓繞組直流電阻的測試電流≤5 A，在進行變壓器繞組直流電阻測試后，采用反向去磁法對變壓器剩磁及時進行消磁。

2 減少勵磁涌流造成誤動的措施

2.1 二次諧波制動

二次諧波制動主要利用勵磁涌流中二次諧波含量較大的特點，該原理便于微機保護實現。當二次諧波制動比K2？棕Z大于二次諧波制動系數定值K2時閉鎖差動保護，反之當K2？棕Z小于K2時開放差動保護，即滿足式（1）所示的動作方程時將差動保護閉鎖。

K2？棕Z=■×100%>K2（1）

式（1）中，K2？棕Z為二次諧波制動比；I2？棕為二次諧波電流；I1？棕為基波電流；K2為二次諧波制動系數定值。

2.2 波形對稱原理制動

波形對稱原理是指通過相應的波形對稱算法，對變壓器空載合閘時產生的勵磁涌流與故障電流進行區分。利用這種原理進行制動，主要是由于故障電流本身呈現正弦的對稱特征，與之相比，勵磁涌流則沒有這種特征。因此，可以對差動電流進行微分處理，然后對其前后半波進行對稱比較，根據波形的對稱程度，對勵磁涌流進行快速識別。

假設某采樣點滿足式（2），則可以認為此點屬于對稱點。反之，則為不對稱點。如果不對稱點的數量超過？濁%，則可以判定波形不對稱，閉鎖差動保護。

■≤K（2）

式（2）中，N為每周采樣點數；t為當前點；K為不對稱系數，一般取1/3；？濁為波形對稱百分比，一般取50%。

2.3 間斷角原理制動

變壓器內部故障時，流入差動繼電器的穩態差電流屬于正弦波，不會出現間斷角，而勵磁涌流的波形中會出現間斷角，因此，可以利用這個特點，對勵磁涌流和故障電流進行識別。間斷角原理制動的優點在于，由于采用按相閉鎖的方法，在變壓器合閘故障時，可以快速動作。其缺點也比較明顯，即當電流互感器飽和時，涌流的間斷角區域會產生反向電流，使得間斷角消失，可能導致保護誤動。這時，就需要采取額外的措施，對間斷角進行恢復，會在一定程度上增加保護裝置軟件的復雜性。而為了提高相角比較的正確性，就必須提高采樣率，以準確地測量間斷角，并抑制A/D轉換芯片在零點附近的轉換誤差，對CPU的計算速度和A/D轉換芯片的分辨率提出了更高的要求。因此該方法在微機保護上的實際工程應用還需要進一步完善。

3 制動模式分析

制動方式主要有分相制動、或門制動（一相制動多相）和三取二制動。

①分相制動是三相電流中各相分別進行勵磁涌流判別，然后分相閉鎖或開放差動保護。對于采用二次諧波制動原理的差動保護，當二次諧波制動系數取15%時，如果設計為分相制動方式，存在誤動的可能。因為變壓器勵磁涌流的波形和二次諧波含量與變壓器材料、剩磁等密切相關，在部分特殊情況下，某一相二次諧波含量可能會很小，遠低于15%。因此設定二次諧波制動系數為15%并采用分相制動存在誤動的可能。

②或門制動是當三相電流中只要有一相判為勵磁涌流時就認為是勵磁涌流，并閉鎖差動保護。采用或門制動后，保護的動作行為偏安全，但是由于非故障相勵磁涌流的存在，在大型電力變壓器中，差動保護需要等到勵磁涌流衰減后才能發揮作用，由于衰減耗時較長，影響了空投于內部故障變壓器時差動保護的快速可靠動作。

③三取二制動是當三相電流中有兩相以上判為勵磁涌流時才認為是勵磁涌流，并閉鎖差動保護，可靠性介于分相制動和或門制動之間。

一般情況下，采用二次諧波制動原理的差動保護，分相制動時二次諧波制動系數取值相對最小，或門制動時內部故障變壓器取值相對最大，三取二制動時二次諧波制動系數取值介于分相制動和或門制動之間。

4 合理選擇制動措施和制動模式

對于二次諧波制動來說，合理采用制動模式和二次諧波制動系數定值，可以改善變壓器空載合閘下勵磁涌流造成差動保護誤動和空投于變壓器內部故障保護延時動作；同樣對于波形對稱原理制動，合理選擇制動模式和不對稱系數、波形對稱百分比，從而有效確保差動保護的合理性和有效性。

在實際應用中，基于二次諧波制動和波形對稱原理制動的變壓器差動保護取得了相當的效果，在國內大型變壓器保護中得到了大量應用。國內主要微機繼電保護裝置（如南瑞RCS-978、許繼電氣WBH-801）的勵磁涌流識別方案，采用的都是上述兩種制動原理，結合分相制動模式。這樣，可以對勵磁涌流進行快速識別，加快變壓器差動保護的動作速度，減少其誤動的機率。在裝置內部，也采取了一些有效的措施，如程序在勵磁涌流判別中采用了浮動門檻定值的功能（如二次諧波制動系數初始值為5%，逐漸增加到15%）和自適應循環閉鎖判據（如利用二次諧波與基波的幅值關系和相位關系的變化動態調整制動系數）。

5 結 語

目前，為防止勵磁涌流造成差動保護誤動，提出的各種方案都是基于勵磁涌流識別技術進而采取制動措施閉鎖或開放差動保護。研究表明，由于變壓器具有剩磁效應，嚴格控制大型變壓器高、中壓繞組直流電阻的測試電流≤5 A，在進行變壓器繞組直流電阻測試后，采用反向去磁法對變壓器剩磁及時進行消磁，可有效提高變壓器差動保護躲過勵磁涌流的能力，減少勵磁涌流造成保護誤動作。

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