勵磁涌流的成因和防止差動保護誤動作分析和解決方案

具宇樂

摘 要：勵磁涌流會在變壓器的運行過程中造成差動保護誤動的問題，影響變壓器運行的質量，導致變壓器的調節作用不等得到充分的發揮。文章將對勵磁涌流的成因和防止差動保護誤動作進行分析，并針對因為勵磁涌流的影響產生的差動保護錯誤提出有效的解決方案，為維持變壓器的有效運行提供依據。

關鍵詞：勵磁涌流；差動保護；保護裝置

中圖分類號：TM307.3 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）27-0103-02

勵磁涌流是一種電流，這種電流的產生是根據變壓器的特性決定的。在變壓器外部故障切除后，外部供電恢復的的瞬間，或者變壓器處于空載狀態投入運行的過程，變壓器輸出側電壓瞬間突變會造成符合側瞬間電流極大，這個瞬間電流就是勵磁涌流。勵磁電流受到變壓器容量、變壓器內部結構、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、外部設施施加電壓大小等因素的限制。

1 勵磁涌流產生的根本原因

①磁通飽和。在變壓器運行的過程中磁鏈是守恒不變的，所以在從外面施加到變壓器任一側繞組的電壓突然增加的時候，磁通都不會發生突變，這個時候磁路中會產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入了飽和區域。由于目前電網構架與超高壓直流輸送電網并網產生比較大直流分量，變壓器停電檢修后恢復送電時容易產生勵磁涌流導致差動保護誤動

單相變壓器示意圖，如圖1所示。

變壓器電源側提供初始相位角為a的U1的電壓值。當變壓器進行瞬間通電的時候，在變壓器中磁路中會形成磁通。在變壓器空載運行的過程中，電源側增加電壓U1會形成突變電壓1U。由于1U的初始相位角a不同，產生的偏磁極和磁極性的大小也會不相同。當偏磁極和變壓器剩磁就發生重疊，就會使磁路的總磁通超過變壓器設計的飽和磁通，導致磁路飽和。這個時候變壓器初級繞組阻值就會瞬間增大，阻抗就會加劇降低，電流的瞬間額定值將會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，這個瞬間的大電流就是勵磁涌流。

當變壓器剩磁極性和偏磁極性相反，變壓器剩磁就會和偏磁抵消，會在變壓器中形成一個穩定狀態的磁通，穩定狀態的磁通低于飽和磁通，就不會造成變壓器的飽和，在變壓器投切瞬間就不會產生勵磁涌流。

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候會有較大的勵磁電流。

2 勵磁涌流的特點

包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于時間軸的一側；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。往往使勵磁涌流波形中出現間斷和不對稱；

空充時三相電壓基本不變、基本無零序電壓和零序電流；勵磁涌流的衰減快慢由時間常數L/R決定，小型變壓器電阻較大，電抗較小，衰減較快，約幾個周期可達穩態；大型變壓器，電阻較小，電抗較大，衰減較慢，有可能延續20 s才達到穩態；勵磁涌流的數值很大，在電流值上一般可以達到變壓器額定電流的6～8倍。勵磁電流在不同型號的變壓器上的穩定時間不同，在大型變壓器上繞組阻值小、阻抗高，勵磁電流在較短時間內就能衰減達到穩定狀態，在小型變壓器上，阻值大、阻抗小，勵磁電流需要用很長時間才能衰減到穩定狀態。

3 勵磁電流造成差動保護動作的分析

識別勵磁涌流和內部的故障電流對于主變差動保護具有重要的作用，在這方面我國各保護廠家在防止空充時保護誤動的時候大多是以勵磁涌流波形特征為依據，這種方法并并不能完全的防治保護誤動。比如南瑞繼電保護采用的是三相差流均具備涌流特征的時候才閉鎖保護，在空充的狀態下會有極大的概率出現保護誤動。

關于某變壓器出現差動保護動作的圖示，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間二次諧波分量出現了顯著的增長，已經增長到14%左右。這里的變壓器采取的是RCS—978型保護裝置，這種裝置中的勵磁電流判據的原理是分相制動，這種軟件雖然引入勵磁涌流采用浮動門檻措施，但是在勵磁電流產生時由于C相位相差電流二次諧波分量小于保護裝置設定的15%的閉鎖定值，所以要經過一段時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保護動作。根據科學定理我們可以知道在沒有收到勵磁電流影響的情況下，如果輸入電流和輸出電流相等，差動保護電流就會是0。當勵磁電流在變壓器中產生時，就會在變壓器中產生差動保護動作，在特殊情況下還會造成誤動的情況。

4 防止差動保護誤動的科學方法

4.1 差動保護定值設定

二次諧波制動系數的整定值對變壓器差動保護有著很大的影響，為了解決差動保護的誤動在變壓器的系統網要制定好二次諧波制動系數的整定值，在全網取統一的整定值，不要在不同地區取不同的整定值，根據科學的研究把二次諧波的整定值取在15%能夠較好的避免差動保護的誤動，如果空沖的變壓器每次的二次諧波都小于15%，可以根據實際情況對二次諧波的整定值進行合理的調整，把整定值降低到12%，避免設定的整定值高于變壓器空沖的實際情況。

4.2 整定變壓器保護裝置

主要原因是保護軟件過于落后，通過升級保護裝置軟件系統進一步防止勵磁涌流導致差動保護誤動。例如南瑞繼保RCS978型保護裝置通過升級實現分相閉鎖，浮動門檻在空充時適當降低閉所定值，隨時間推移自動提高定值到諧波整定值；根據二次諧波含量變化趨勢進行輔助判斷；長園深瑞PCS778保護裝置當差流二次諧波未能制動時，可進一步用兩個相電流中的二次諧波進行制動；國電南自WBG500G保護裝置通過二次諧波“或”邏輯，計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，采用瞬時濾直后的差流量計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，這樣就可以增強變壓器對勵磁涌流的躲避能力，從而可以減少手勵磁涌流影響產生的差動保護誤動。

4.3 快速判斷勵磁涌流，恢復主變送電

在判斷勵磁涌流的時候主要是通過故障錄波器波形圖分析對勵磁涌流及故障進行識別。

當電流波形偏于時間軸一側，并有明顯間斷角角且畸變嚴重；電壓幅值及波形基本不變，諧波含量中出現大量的以二次、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間推移有增加趨勢的時候就可以認定為勵磁涌流。

在變壓器發生故障時，電流波形對稱于時間軸且為為正弦波，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并有有非電量保護動作報警或跳閘信號，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。區別兩者，一旦判定勵磁涌流引起變壓器跳閘，可快速恢復變壓器送電。

5 結 語

本文對勵磁涌流產生的原因和勵磁涌流引起的差動保護誤動作的原因進行了簡單點分析，針對引起差動保護誤動的原因提出了提高變壓器躲避及判斷勵磁涌流能力的科學措施，以及能夠為在實際工作中解決變壓器勵磁涌流引起的差動保護誤動的問題提供科學的幫助。

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