變壓器勵磁涌流的自適應二次諧波分相制動技術

摘? 要：隨著我國經濟和社會的進步，電力事業得到了飛速發展，變壓器作為電力系統的重要組成部分，在變電系統中的作用越來越重要。變壓器的運行條件極其復雜，其運行的可靠性、穩定性、直接關系著整個電力系統的安全性，由其是變壓器的制動過程對于電力系統的電壓和電流等的沖擊較明顯，因此本文闡述了變壓器勵磁涌流，分析了自適應二次諧波分相制動技術，以期為今后電力系統中變壓器的制定工作提供技術參考。

關鍵詞：變壓器勵磁涌流;自適應二次諧波;分相制動技術

中圖分類號：TM774? ? 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1671-2064（2019）24-0000-00

0引言

電力系統作為我國工業和社會發展的重要保障，其運行情況不僅關系國家的戰略方針，也與我們每個人的生活息息相關，同時涉及我國的軍事領域、經濟領域、工業領域等各大領域，因此電力系統的運行可靠性引起各界人士的廣泛關注。變壓器作為電力系統重要的電氣組成原件，其運行維護條件復雜，而且斷電之后，存在大量的剩磁，上電之后剩磁的存在會使變壓器的自身鐵芯內部電流充分飽和，產生非常大的勵磁涌流。過大的勵磁涌流極易引起變壓器的差動保護誤動作，同時伴隨產生諧波污染、鐵芯諧振、電流電壓大幅度波動等危害，變壓器中的差動保護是本身故障自動保護的主要方式，因此我們在日常電力系統的維護保養過程中要極力避免勵磁涌流對變壓器差動保護誤動的問題。近年來就上述問題提出了許多的解決方法和技術，其中的二次諧波制動技術成熟、簡單、容易實現，在電力工程中已經得到了廣泛的應用。但是二次諧波制動技術不能依據基波與二次諧波自動調整二次諧波的制動比，改善變壓器抗短路的能力，同時也不能克服分相制動帶來的差動保護滯后的問題[1-4]。因此研究變壓器勵磁涌流的自適應二次諧波分相制動技術具有重要的意義。

1 變壓器勵磁涌流概述

1.1變壓器勵磁涌流的產生原因與特點

變壓器勵磁涌流產生的主要原因是自身鐵芯電流過度飽和所致，我們研究變壓器結構可以看出，其勵磁回路相當于一個非線性的電感線圈，如果變壓器運行正常，其自身鐵芯中的電流處于未飽和狀態，磁導率相對較大，進而使變壓器自身繞組產生較大電感，此時變壓器中的勵磁電流對于自身的差動保護影響很小，勵磁電流大小僅為變壓器額定電流的2%-10%。當變壓器在運行過程中突然空載合閘或切除外部故障上電時，其外界電壓出現快速升高，即由小電壓升高至正常運行狀態電壓，在該過程中變壓器自身鐵芯會迅速達到飽和甚至過飽和狀態，產生巨大的勵磁電流，此電流值高達變壓器額定電流的6-8倍，因此變壓器就產生了勵磁涌流。變壓器勵磁涌流的主要特點如下：

（1）對于三相變壓器而言，任意兩項之間的相位差為120度，導致該相位差也在三相勵磁電流中存在，相位角同樣為120度，可以看出不管在何種條件下空載合閘，至少存在兩相會產生勵磁涌流;

（2） 三相變壓器的其中一相勵磁涌流存在對稱涌流的可能，其產生的諧波不偏離時間軸，而另外兩相會與時間軸存在偏離，存在非對稱電磁涌流，非對稱電磁涌流比對稱涌流的幅值大的多;

（3）變壓器勵磁涌流的非周期分量的數值極大，而且與升壓間斷角密切相關，隨著升壓間斷角的減小，非周期分量越來越大;

（4）對于三相變壓器而言，其勵磁涌流中總是有一相是周期性變化的電流，而且該數值還挺大的，同時不存在直流分量。三相變壓器非對稱勵磁涌流導致非周期電流分量的存在，相較于對稱勵磁涌流就不存在非周期的電流分量。

1.2變壓器勵磁涌流的影響因素

變壓器勵磁涌流的主要影響因素包括變壓器上電時的合閘初相角、鐵芯的剩磁強度、上電電壓、系統的阻抗大小，具體影響關系如下：

（1）合閘初相角。不考慮剩磁對勵磁涌流的影響，當變壓器的初相角為0度時，就會使變壓器鐵芯中產生電流過飽和的情況，致使其勵磁涌流快速升高，達到正常額定電流的6-8倍，甚至比這更高的電流值。當合閘角為90度時，磁通量變化按照正弦規律進行，變壓器直接進入穩態磁通模式，不會產生勵磁涌流現象。

（2）剩磁。變壓器自身鐵芯中的剩磁為正向最大時，不管合閘初相角為0度還是90度，線圈中均會存在磁通量在合閘過程中產生暫態過程，相比較后者產生的磁通量變化更大。剩磁為反向最大時，合閘初相角為90度時，磁通量在合閘時存在暫態過程，而當合閘初相角為0度時，不存在暫態過程，無勵磁涌流。當不存在剩磁時，磁通量的變化剛好與剩磁反向時的影響相反。

（3）上電電壓。變壓器的上電電壓對勵磁涌流的影響主要表現在對自身線圈中的磁通量幅值的影響，當上電電壓增大時，勵磁涌流的幅值也會升高。

（4）系統阻抗。變壓器系統阻抗對勵磁涌流的影響主要表現在對自身線圈磁通量變化速率的作用，對勵磁涌流幅值大小波動的影響，并且當變壓器產生的是對稱勵磁涌流時，其強度的大小與系統阻抗的大小沒有關系。

2 變壓器勵磁涌流的自適應二次諧波分相制動技術

當前電力系統中使用的變壓器多數采用Y形連接和Δ形連接的方式，眾所周知，Δ形連接的變壓器繞組中一般不設置電流互感器測量環路電流的設備，根本不能完成各相電流差動保護的功能，如果使用了線電流差動保護器件進行電流的檢測，就可能產生對稱性涌流，由于對稱性涌流不能產生明顯的諧波信號，使得檢測設備不能識別有效信號，進而完成涌流制動保護。當前變壓器的制動方式多采用最大相制動的模式，在變壓器本身出現問題時，差動保護也會由于內部其它相涌流制動而削弱相應時間。為此下面將介紹一種變壓器勵磁涌流的自適應二次諧波分相制動技術。

2.1變壓器繞組電流計算

常見的變壓器接線方式之一如圖1所示，由3個單相變壓器組成，并且各相相互獨立，磁路互不干擾，適用于大型變壓器的接線形式。

其中ia1、ib1、ic1分別為變壓器△連接時的電流，ia、ib、ic為△連接各相繞組的電流，ea、eb、ec分別為主磁通在繞組中的感應電動勢。忽略回路的電阻，計算得到變壓器各個繞組的電流計算公式如下：

根據公式（1）可以根據變壓器兩側電流互感器測量的線電流計算三角形繞組電流ia、ib、ic。

2.2電感參數識別

計算三角形接線方式下變壓器繞組電流時，需要我們了解變壓器原副邊繞組的分布及各自的漏感和對應的電感參數。通常變壓器會標識出其短路電抗，目前工程中的處理方式是假定原副邊繞組的漏感是短路電抗的二分之一，這樣必將引入了計算誤差。而且當變壓器出現問題時，繞組中的電流流經的線圈匝數存在變化，將會導致變壓器的漏感發生波動，與此同時系統的零序電感也會由于運行方式的變化而變化。因此為了保證變壓器能夠正常工作和內部出現故障問題時能夠精準的計算自己的三角形布置繞組的電流大小，引入參數辨識技術對變壓器工作過程中的漏感參數和系統零序電感參數進行在線辨識。

2.3變壓器勵磁涌流的自適應二次諧波分相制動技術

針對當前變壓器勵磁涌流制動存在的不足，提出了一種變壓器勵磁涌流的自適應二次諧波分相制動技術，該技術通過辨識變壓器運行過程中的原副邊繞組的漏感參數，運用2.1推導出的計算公式可以計算出三角形接線方式下變壓器的繞組電流，進而計算得出變壓器原副邊繞組電流的計算差流，得到變壓器的勵磁電流，消除了繞組對稱性涌流出現的可能，因此提出了變壓器分相制動技術。通過控制變壓器各相差流的二次諧波比，當其大于設定值時才進行制動動作，執行差動保護命令，制動判據如下：

式中，，分別為三項繞組差流的基波幅值;，，分別為三相繞組差流的二次諧波幅值。該技術依據變壓器基波和二次諧波的相位關系，自適應調整二次諧波制動比，從根本上解決了變壓器二次諧波制動應用中存在的困難，同時消除了對稱涌流出現的可能，達到了分相制動的目的，保證了變壓器差動保護的可靠動作。

3 結語

勵磁涌流是變壓器應用過程中必然存在的共性問題，該問題的存在容易引起變壓器運行過程中差動保護的誤動作，威脅變壓器本身及電力系統的安全和可靠運行。本文通過分析三角形接線方式變壓器的共性問題，提出了三角形連接方式變壓器繞組電流的計算方法，提出了計算過程中應該獲得的參數，最后提出了變壓器勵磁涌流的自適應二次諧波分相制動技術，以期為電力系統的設計、維護、維修工程提供技術支持。

參考文獻

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收稿日期：2019-10-22

作者簡介：張偉林（1992—），男，甘肅白銀人，本科，助理工程師，主要從事繼電保護工作。