勵磁涌流引起變壓器差動保護誤動及對策探討

周丹 饒勇 董斌

摘要：變壓器作為電力系統的重要組成部分，其穩定性會對電網的正常運行產生重要影響，而因勵磁涌流所引起的變壓器差動保護誤動是影響變壓器正常工作的主要因素。文章介紹了變壓器產生勵磁涌流的原因和特點，分析了變壓器差動保護裝置的工作原理以及差動保護裝置誤動所帶來的危害，有效避免了勵磁涌流引起變壓器差動保護裝置誤動的措施。

關鍵詞：變壓器；勵磁涌流；差動保護；誤動分析；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM77 文章編號：1009-2374（2016）18-0144-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.071

隨著居民生活水平和工業水平的不斷提高，用電需求日愈增加，與此同時對電網的穩定性和安全性要求也在不斷提高。變壓器是當前電力系統中的重要組成部分，其會對電網的安全穩定運行產生重要影響。在當前的電力系統中，為了保證變壓器的正常工作，一般都會配置靈敏度較高的差動保護作為變壓器的主保護。該差動保護裝置能夠在區內短路故障快速動作，保證電網及變壓器的安全。

1 變壓器產生勵磁涌流的原因與特點

1.1 變壓器產生勵磁涌流的原因分析

通常而言在空載變壓器剛接通電源時，在電源一側的繞組上產生一個較大的電流，該電流的值一般會高出額定電流的5～7倍，在電力行業中通常都將該電流稱為“勵磁涌流”。變壓器勵磁支路的磁化曲線具有明顯的非線性特征是變壓器產生勵磁涌流的主要原因。在空載情況下對變壓器進行合閘操作時，由于鐵芯中原有的磁通與變壓器工作電壓產生的磁通的方向一致，通過鐵芯的總磁通量會遠遠大于鐵芯的飽和磁通，即通過鐵芯中的磁通量會在合閘瞬間產生巨大的突變，由于勵磁電流的大小與磁通量的變化率成正比，所以在變壓器的合閘瞬間會產生巨大的勵磁電流。倘若變壓器差動保護裝置不能夠有效地識別該勵磁涌流，而誤將其視為短路電流，就會導致變壓器差動保護的誤動。

1.2 勵磁涌流的主要特點

變壓器的勵磁電流與短路電流極其相似，二者的值都較大，但是與短路電流相比，勵磁電流還具有如下方面的特點：（1）不具有周期性，因而不利于檢測；（2）由于勵磁繞組并不是理想的導線，因而隨著時間的推移勵磁涌流會逐漸變小，從而會使得涌流的波形始終偏于時間軸的一側；（3）勵磁涌流的曲線具有明顯的尖峰，該尖峰主要是由勵磁涌流中的二次諧波導致的；（4）勵磁涌流的曲線存在斷角，這是其與短路電流的最大區別。

1.3 判別勵磁涌流的主要方式

勵磁涌流引起變壓器差動保護誤動的問題由來已久，諸多從事該方面研究工作的人員也一直在尋求這方面的解決方法。具體而言，當前主要有如下三種判別勵磁涌流的方法：（1）二次諧波識別法。由于勵磁涌流中的二次諧波含量要遠遠高于變壓器發生區內故障時電流中的二次諧波含量，因此可通過計算電流中的二次諧波含量來判斷是否是勵磁涌流；（2）間斷角識別法。由于與其他的故障電流的波形相比，勵磁涌流的波形具有明顯的間斷特征，因此根據該特性來判斷是否為勵磁涌流，但是該方法的局限是對處理器的性能要求較高；（3）波形對稱識別法。該方法主要是根據同一個周期內前半個波形和后半個波形的對稱性來判斷是否是勵磁涌流。

2 勵磁涌流引起變壓器差動保護誤動的危害

勵磁涌流引起的變壓器差動保護動作之所以稱之為“誤動”，主要是因為勵磁涌流引起的差動保護裝置動作會對變壓器的正常工作產生一定的危害，這些危害主要體現在如下方面：（1）變壓器無法完成空載工況下的合閘。由于空載工況下合閘時會產生較大的勵磁涌流，該涌流會使差動保護誤動，導致變壓器空投失敗；（2）由于電磁感應現象的存在，空投變壓器合閘時產生的電磁涌流還會對周邊變壓器的正常工作產生影響，使得臨近的變壓器也發生差動保護誤動，可能造成大面積的停電；（3）勵磁電流會造成電網電壓的突然上升或者是下降，導致電網的穩定性變差，會造成電氣設備的不正常運行；（4）由于勵磁涌流中的諧波含量要遠高于正常電流，其容易使得電流互感器磁路被過度磁化而精度下降，同時也會降低繼電保護裝置的動作正確率。

3 勵磁涌流引起變壓器差動保護誤動的主要原因

3.1 差動保護值設定不合理

在當前的電網中大部分差動保護裝置都是采用二次諧波制動的方法來規避勵磁涌流所引起的差動保護裝置誤動。采用該方法的差動保護裝置的工作原理是設置一個合理的差動保護閉鎖閥值，該值主要反映的是差動電流中二次諧波分量的比例，當差動保護裝置檢測到的實際值大于之前設定的閥值時，差動保護裝置會認為差動電流是勵磁涌流，從而閉鎖差動保護動作。而在實際工作過程中往往會出現閥值設定過高，差動保護裝置無法有效識別勵磁涌流，從而產生誤動的狀況。

3.2 工作人員的操作失誤

由于變壓器的合閘以及日常維護都需要由電力人員來完成，因此工作人員的操作失誤也可能會導致差動保護裝置對勵磁涌流產生誤動。工作人員的操作失誤主要體現在如下方面：（1）在進行合閘操作之前，沒有確認電路是否處于空載工況下，在條件允許的情況下，工作人員應該盡量避免在空載條件下進行合閘操作；（2）對變壓器的工作特性不夠了解，誤將勵磁涌流引起的差動保護裝置誤動當成變壓器內部故障造成，從而使得存在的問題不能及時得到解決。

4 避免勵磁涌流引起變壓器差動保護誤動的有效措施

4.1 提高辨別勵磁涌流的準確性

變壓器差動保護裝置識別勵磁涌流的準確性不高，是差動保護裝置產生誤動的一個主要因素。提高差動保護裝置辨別勵磁涌流準確性需要從如下方面入手：（1）由根據二次諧波分量的比例來判斷是否為勵磁涌流改為根據二次諧波的變化趨勢來判斷是否為勵磁涌流，只有當前二次諧波含量呈現上升趨勢且高于設定值時才認為其是勵磁涌流，因此可以避免將空投時產生的輕微匝間故障誤判為電磁涌流；（2）采用新型波形對稱識別原理的差動微機保護裝置，由于微機保護裝置能夠根據波形的對稱性來區別內部故障和勵磁涌流，其精度要遠高于二次諧波分析識別法和間斷角識別法，因此值得被推廣使用。

4.2 試驗運行后進行消磁

變壓器鐵芯中的剩磁是形成勵磁涌流的主要因素，因此在變壓器正式投運之前可通過對鐵芯進行消磁操作的方式來抑制勵磁涌流。變壓器在停運以及進行短路故障保護動作之后都會有一定的剩磁，特別是在完成變壓器電流電阻的測試之后，鐵芯中的剩磁會較大，必須采取相應的消磁措施。當前主要是采用交變電流或者是直流法進行消磁，在變壓器繞組上施加交變電流時，剩磁的方向會發生改變，其值會逐漸減小，并且最終會趨近為零。當變壓器鐵芯的剩磁為零時，變壓器勵磁涌流能夠得到有效的抑制。

4.3 差動保護定值整定

變壓器差動保護的設定值對差動保護裝置至關重要，必須在差動保護定值整定方面多下工夫。差動保護裝置設定的閥值既不能過高，也不能過低，因此必須經過反復的動態試驗測試才能確定一個最佳值。在差動保護定值整定的過程中，通常先將差動保護的設定值設為15%，然后再根據實際的測試結果對設定值進行相應的調整，從而保證差動保護裝置能夠有效地躲過勵磁涌流。

4.4 提高操作的規范性和合理性

運行人員操作不規范也是導致差動保護裝置誤動的一大因素，提高操作的規范性和合理性需要從如下方面入手：（1）需要對變壓器的操作細則進行完善，極力避免在帶載的工況下進行變壓器的合閘操作，最大限度地避免勵磁涌流的產生。此外還應要提高對變壓器日常維護的重視程度，保證變壓器始終能在一個較好的環境下運行；（2）積極組織電力工作人員學習能夠有效避免勵磁涌流導致變壓器差動保護誤動的措施，做到防患于未然，并且努力去探索更加有效的方法。

4.5 采用電磁涌流抑制器

前文所提的各種避免勵磁涌流引起變壓器差動保護誤動的方法，都是從提高對勵磁涌流的識別的準確性入手的，其采取的是“規避”的策略，而并未從根本上去抑制勵磁涌流的產生。由于勵磁涌流的產生是由多方面的因素造成的，要完全消除勵磁涌流的難度較大，但是隨著計算機以及電氣控制技術的不斷發展，如今通過采用勵磁涌流抑制器已經能夠有效地抑制勵磁涌流的產生。

勵磁涌流抑制器是一種能夠有效抑制變壓器勵磁涌流的產品，其通過對外加電壓的相位角進行精確控制的方式，使得由于合閘時電壓驟增所產生的偏磁的極性和數量都能得到有效的控制。涌流抑制器的工作原理圖如圖1所示，由圖1可知在正常工作時，電壓互感器TV和電流互感器TA可以分別將電壓信號和電流信號轉換為弱電信號，涌流抑制器可以通過監測電源電壓波形的方式便可實現對磁通波形的監測，使得其能夠獲得變壓器斷電時剩磁的極性和大小，便可通過控制變壓器空投時電源電壓的相位角使得偏磁的極性剛好與剩磁的極性相反，而大小與剩磁的大小相等，那么便能實現互消，從而磁路也不會出現飽和，勵磁涌流便不會產生。

5 結語

變壓器的正常穩定運行對于電力系統的安全穩定運行具有重要意義，而提高差動保護裝置動作的準確性便是實現這一目的的主要途徑。通過文中的分析可知，提高對勵磁涌流識別的準確性并不是解決勵磁涌流所引起變壓器誤動問題的根本途徑，只有通過采用涌流抑制器等類似從根源上消除勵磁涌流的方式，才能使得該問題能夠更好地得到解決。

參考文獻

[1] 郝治國，張保會，褚云龍.變壓器器勵磁涌流鑒別技術的現狀和發展[J].變壓器，2015，42（7）.

[2] 岳志剛，楊國旺，曲艷華.勵磁涌流對差動保護的影響及其對策[J].高壓電器，2012，41（1）.

[3] 孫恒明，曹繼豐.高壓直流換流器差動保護抗干擾性能研究[J].南方電網技術，2013，2（5）.

[4] 魏莉，鄭濤，王國功，等.變壓器差動保護誤動原因綜合分析及防誤動措施[J].電力系統保護與控制，2011，36（19）.

作者簡介：周丹（1986-），女，江西萍鄉人，廣東惠州平海發電廠有限公司繼電保護助理工程師，研究方向：發電廠繼電保護、自動化維護。

（責任編輯：秦遜玉）