和應(yīng)涌流條件下變壓器差動保護(hù)動作特性分析畢業(yè)論文說明書

1、 （ 本科畢業(yè)論文說明書本科畢業(yè)論文說明書題題 目目： 和應(yīng)涌流條件下變壓器差動保護(hù)動和應(yīng)涌流條件下變壓器差動保護(hù)動作特性分析作特性分析 摘 要隨著越來越多的超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路在我國的建成和運(yùn)行，大容量變壓器的應(yīng)用也日益增多。電力變壓器在電力系統(tǒng)輸電和配電各個環(huán)節(jié)中廣泛使用，因此也就對變壓器保護(hù)的可靠性和速斷性提出了更高的要求。差動保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，變壓器在空載合閘或外部故障切除后恢復(fù)供電時，差動回路會流入勵磁涌流，若差動保護(hù)不能識別并躲過此電流，就會發(fā)生誤動。因此，勵磁涌流的識別一直也是國內(nèi)外繼電保護(hù)工作者的研究熱點(diǎn)。勵磁涌流一直是影響變壓器差動保護(hù)正確動作的原因之一，本文從勵磁涌流的

2、機(jī)理以及特征出發(fā)，研究了勵磁涌流對變壓器差動保護(hù)的影響。論文最后以兩單相變壓器并聯(lián)運(yùn)行為例，利用勵磁涌流偏向時間軸一側(cè)的特點(diǎn)，解釋了和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理及其變化特點(diǎn)，指出和應(yīng)涌流產(chǎn)生的本質(zhì)原因是由于合閘變壓器勵磁涌流流過系統(tǒng)電阻使得其它變壓器工作母線電壓偏移，導(dǎo)致鐵心飽和造成的。文中初步分析了各種因素對和應(yīng)涌流的影響，討論了和應(yīng)涌流對變壓器保護(hù)的危害，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的防范措施。 關(guān)鍵詞：勵磁涌流，變壓器，和應(yīng)涌流，MATLAB 仿真 AbstractAs EHV power network is developing rapidly, large capacity power trans

3、formers are used widely in the transmission system and distribution system. Therefore, high performance and high reliability of power transformer protection are required urgently. At present, the main protection of internal faults of the power transformer is the differential protection. When the unl

4、oaded power transformer is switched on the power system or in the process that a fault, outside the protected zone, is cleared, the magnetizing inrush current will ususlly produced. The differential protection relays will maloperate. So it is still a research focus for relaying researchers in the wo

5、rld.Inrush current has been one of the reason which infects the correct operation of the transformer differential protection, then we research how the inrush current influence the transformer differential protection based on mechanism of inrush current , the effects of current compensation.Based on

6、the analysis of sympathetic inrush in operating transformers, the principle and characteristics of sympathetic inrush are explained . It is shown that the inrush current caused by the energized transformer running across the system resistance results in the deviation of voltage in the common node wh

7、ich lead to the saturation of the core of the transformer is the main reason for the sympathetic inrush on the adjacent transformer. Then the influence on transformer protection caused by sympathetic inrush are discussed. Finally, several countermeasure to sympathetic inrush are proposed. KEY WORDS:

8、 INRUSH CURRENT, TRANSFORMER, SYMPATHETIC INRUSH RESULTING,MATLAB SIMULATION目 錄第一章 緒 論.111 本課題的背景知識及其研究本課題的意義 .112 本文的主要研究工作 .2第二章 變壓器差動保護(hù)分析.321 變壓器的故障類型和不正正常工作狀態(tài) .322 變壓器差動保護(hù) .4221 變壓器縱差動保護(hù)的發(fā)展簡史.4222 變壓器差動保護(hù)的基本原理.523 變壓器差動保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀 .7231 變壓器差動保護(hù)幾種判別原理簡述.8232 變壓器差動保護(hù)發(fā)展趨勢 .1324 本章小節(jié) .14第三章 勵磁涌流時變壓器的狀態(tài)分析

9、與仿真.1531 變壓器勵磁涌流及鑒別方法 .15311 單相變壓器的勵磁涌流.15312 三相變壓器勵磁涌流的特性.173.2 變壓器空載合閘勵磁涌流的仿真實(shí)驗(yàn) .19321 仿真模型的建立.19仿真結(jié)果及其分析 .19本章小結(jié).23第四章 變壓器和應(yīng)涌流仿真及分析.2541 和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理和特點(diǎn) .2542 并聯(lián)運(yùn)行變壓器和應(yīng)涌流分析及仿真 .2543 串聯(lián)運(yùn)行變壓器和應(yīng)涌流分析及仿真 .2844 和應(yīng)涌流的出現(xiàn)影響涌流衰減速度的分析 .3145 和應(yīng)涌流的特性 .3146 小結(jié) .32第五章 和應(yīng)涌流對變壓器后備保護(hù)的影響極其對策的研究.3351 引言 .3352 和應(yīng)涌流對變壓器保

10、護(hù)的影響 .3353 應(yīng)對和應(yīng)涌流現(xiàn)象的一些措施 .355.4 本章小結(jié) .36第六章 結(jié) 論.37謝 辭.38參考文獻(xiàn).39第一章第一章 緒緒 論論11 本課題的背景知識及其研究本課題的意義在電力系統(tǒng)中廣泛的用變壓器來升高或降低電壓。變壓器是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要電器設(shè)備。它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響，同時大容量的電力變壓器也是十分貴重的設(shè)備。因此應(yīng)根據(jù)變壓器容量等級和重要程度裝設(shè)性能良好、動作良好的繼電保護(hù)裝置，以防止變壓器大型事故的發(fā)生。近年來，我國 220KV 變壓器的正確動作率相對于線路保護(hù)正確率 99%的標(biāo)準(zhǔn)還處在比較低的水平，一直徘徊在 70-80%之間。

11、變壓器保護(hù)誤動作情況時有發(fā)生，給發(fā)電、送電和用電三方都帶來了很大的直接和間接損失造成這一結(jié)果的原因有管理的不足，有當(dāng)前工作人員的素質(zhì)問題（設(shè)計、制造、整定調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)諸方面的失誤） ，但更主要的是電力變壓器繼電保護(hù)在技術(shù)上的缺陷。電流差動保護(hù)建立在基爾霍夫電流定律的基礎(chǔ)上，具有另好的選擇性，不但能夠正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其他元件的保護(hù)配合，可以無時限的靈敏快速的切除區(qū)內(nèi)各種故障，所以這種保護(hù)被廣泛的應(yīng)用在了線路及其變壓器的主保護(hù)。但是，對于變壓器而言，由于其內(nèi)部靠磁路聯(lián)系，本質(zhì)上不再滿足基爾霍夫電流定律，變壓器勵磁電流成了差動保護(hù)不平衡電流的一種來源，這也是變壓器發(fā)生誤動作的主要原

12、因之一。然而，大型電力變壓器正常運(yùn)行時的勵磁電流通常低于額定電流的 1%，所以適當(dāng)整定差動保護(hù)門檻值仍可準(zhǔn)確區(qū)分變壓器內(nèi)部故障與外部故障。但是，電力變壓器運(yùn)行條件復(fù)雜，過勵磁時勵磁電流可達(dá)額定電流的水平，空載合閘或者變壓器外部故障被突然切除后端電壓突然恢復(fù)時，暫態(tài)勵磁電流（即勵磁涌流）的大小有時可與短路電流相比擬，這樣大的不平衡電流必然導(dǎo)致差動保護(hù)誤動，所以變壓器縱差保護(hù)面臨的最嚴(yán)重問題就是勵磁涌流。過去和現(xiàn)在有關(guān)變壓器勵磁涌流的研究主要集中在如何防止空投變壓器本身勵磁涌流引起縱差保護(hù)誤動的問題上。大量研究工作已揭示單臺變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理、波形特征和變化特點(diǎn)，同時提出多種鑒別勵磁涌流方法

13、和防止勵磁涌流引起誤動的措施，在實(shí)際應(yīng)用中主要有二次諧波制動判據(jù)、間斷角原理判劇和波形對稱判劇等，但這些方法都有其不足之處。因此，進(jìn)一步研究和分析空載合閘勵磁涌流的特性，并在此基礎(chǔ)上探索快速、準(zhǔn)確地區(qū)分變壓器勵磁涌流和內(nèi)部故障電流的新方法以提高變壓器差動保護(hù)的性能，是十分必要的。和應(yīng)涌流是指在電網(wǎng)中鄰近的并聯(lián)或串聯(lián)變壓器之間，已經(jīng)工作的變壓器由于其他變壓器的合閘也可能會產(chǎn)生涌流的現(xiàn)象，該涌流在合閘變壓器涌流持續(xù)一段時間后才產(chǎn)生，偏向時間軸的另一側(cè)，然后逐漸增大，達(dá)到最大值后又逐漸衰減。近些年來，出現(xiàn)了多起由于和應(yīng)涌流引起的空投變壓器導(dǎo)致相鄰變壓器或發(fā)電機(jī)差動保護(hù)和后備保護(hù)誤動的現(xiàn)象。在產(chǎn)生和應(yīng)

14、涌流的過程中可能出現(xiàn)二次諧波不大，間斷角消失等現(xiàn)象，造成運(yùn)行變壓器的涌流閉鎖判據(jù)失效，導(dǎo)致運(yùn)行變壓器差動保護(hù)誤動作。由于運(yùn)行變壓器本身沒有故障，并且誤動是發(fā)生在相鄰變壓器空投完成較長的一段時間之后，所以很難查明誤動原因，誤動原因更具有隱蔽性。雖然和應(yīng)涌流問題正逐漸引起繼電保護(hù)界的重視，但對其發(fā)生和發(fā)展的過程、影響因素的分析以及產(chǎn)生危害的原因還不是很清楚和完善。這就迫使我們有必要全面研究變壓器和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理、性質(zhì)特點(diǎn)、影響因素，細(xì)致分析危害原因，提出完善的防范措施，實(shí)現(xiàn)變壓器在和應(yīng)涌流下能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行。12 本文的主要研究工作(1)對變壓器差動保護(hù)的的工作原理，及其背景知識與發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行

15、了分析與介紹。(2)介紹了變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理及特點(diǎn)。(3)利用 MATLAB 軟件對勵磁涌流進(jìn)行了建模仿真實(shí)驗(yàn)。(4)介紹了和應(yīng)涌流現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理及其特點(diǎn)，利用 MATLAB 軟件對和應(yīng)涌流進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，討論了和應(yīng)涌流對變壓器差動保護(hù)和后備保護(hù)的危害，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的防范措施。第二章 變壓器差動保護(hù)分析21 變壓器的故障類型和不正正常工作狀態(tài)在電力系統(tǒng)中廣泛的用變壓器來升高或降低電壓。變壓器是電力系統(tǒng)不可缺少的重要電氣設(shè)備。它的故障將對供電可靠性和系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響，同時大容量的電力變壓器也是十分貴重的設(shè)備。因此應(yīng)根據(jù)變壓器 容量登記和重要程度裝設(shè)性能良好、動作可靠的繼

16、電保護(hù)裝置。變壓器的故障可分為油箱外和油箱內(nèi)兩種故障。油箱外的鼓掌，主要是套管和引出線上發(fā)生相同短路以及接地短路。油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路以及鐵芯的燒損等。油箱內(nèi)故障時產(chǎn)生的電弧，不僅會損壞饒素的絕緣、燒毀鐵芯，而且由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱的爆炸。對于變壓器發(fā)生的各種故障，保護(hù)裝置應(yīng)能錦葵的放變壓器切除。時間表明，變壓器套管和因出線上的相間短路、接地短路、繞組的匝間短路是比較常見的故障形式：而變壓器油箱內(nèi)發(fā)生相間短路的情況比較少。變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：變壓器外部短路引起的過電流，負(fù)荷長時間超過額定容量引起的過負(fù)荷，

17、風(fēng)扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等。這些不正常運(yùn)行狀態(tài)回使繞組和鐵芯過熱。此外，對于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的星形界限變壓器，外部接地短路時有可能造成變壓器中性點(diǎn)過電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過電壓或低頻率等異常運(yùn)行工況下回使變壓器過勵磁，引起鐵芯和其他金屬構(gòu)件的過熱。變壓器處于不正常運(yùn)行狀態(tài)時，繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出告警信號，使運(yùn)行人員即使發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施， ，以確保變壓器的安全。變壓器油箱內(nèi)故障時，除了變壓器各側(cè)電流、電壓變化外，油箱內(nèi)的油、氣、溫度等非電量也會發(fā)生。因此，變壓器保護(hù)分電量保護(hù)和非電量保護(hù)兩種。非電量保護(hù)裝設(shè)在變壓器內(nèi)部。線路保護(hù)中采用的許多保護(hù)如過流保

18、護(hù)、縱差動保護(hù)等在變壓器的電量保護(hù)中部有應(yīng)用，但在配置上有區(qū)別。22 變壓器差動保護(hù)221 變壓器縱差動保護(hù)的發(fā)展簡史電流差動保護(hù)原理是由 C.H.Merz 和 B.Price 在 1904 年提出的，其理論基礎(chǔ)是基爾霍夫電流定律，它是電力變壓器的主保護(hù)，也是各種電氣元件使用最廣泛的一種保護(hù)方式。自上世紀(jì) 70 年代微處理器的出現(xiàn)，元件保護(hù)進(jìn)入到微機(jī)保護(hù)時代。國外在 70 年代即對變壓器個別保護(hù)的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)開展研究。80 年代國外開始研制發(fā)電機(jī)及變壓器整套微機(jī)保護(hù)。1989 年波蘭 Korbasiewcz 發(fā)表了發(fā)電機(jī)變壓器組微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。1990 年印度 Verma 等也發(fā)表了變壓器全套微機(jī)

19、保護(hù)的研究成果。到 90 年代見到正式商業(yè)產(chǎn)品，如 Siemens 及 ABB 公司均已有微機(jī)發(fā)變組全套保護(hù)。我國微機(jī)元件保護(hù)的研制，是從 80 年代開始的。1987 年在我國首先研制成微機(jī)式發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上于 1989 年開發(fā)研制成發(fā)電機(jī)全套微機(jī)保護(hù)，并于 1994 年研制成我國第一套適用于 60 萬 kw 及以下容量水、火發(fā)電變壓器組全套微機(jī)保護(hù)。隨后，國內(nèi)又研制成用于水輪機(jī)發(fā)電機(jī)變壓器組的微機(jī)保護(hù)，1988 年后有多家研制成了變壓器微機(jī)保護(hù)。電氣主設(shè)備內(nèi)部故障的主保護(hù)方案之一是差動保護(hù)，差動保護(hù)在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用比較簡單。作為變壓器主保護(hù)，對其要求有兩方面，即防止外部短路時不

20、平衡電流及防止勵磁涌流所致的誤動作。但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，差動保護(hù)將有許多特點(diǎn)和困難，變壓器具有兩個及更多個電壓等級，構(gòu)成差動保護(hù)所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產(chǎn)生的差動保護(hù)不平衡電流將比發(fā)電機(jī)的大得多。變壓器每相原副邊電流之差（正常運(yùn)行時的勵磁電流）將作為變壓器差動保護(hù)不平衡電流的一種來源，特別是當(dāng)變壓器過勵磁運(yùn)行時，勵磁電流可達(dá)變壓器額定電流的水平，勢必引起差動保護(hù)誤動作。更有甚者，在空載變壓器突然合閘時，或者變壓器外部短路被切除而變壓器端電壓突然恢復(fù)時，暫態(tài)勵磁電流（即勵磁涌流）的大小可與短路電流相比擬，在這樣大的不平衡電流下，要求差動保護(hù)不誤動，是一個相當(dāng)復(fù)雜困難的技

21、術(shù)問題。正常運(yùn)行中的變壓器，根據(jù)電力系統(tǒng)的要求，需要調(diào)節(jié)分接頭，這又將增大變壓器差動保護(hù)的不平衡電流；變壓器差動保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)高、低壓繞組的匝間短路，而匝間短路時雖然短路環(huán)流中電流很大，但流入差動保護(hù)的電流可能不大；變壓器差動保護(hù)還應(yīng)能反應(yīng)高壓側(cè)（中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)）經(jīng)高電阻接地的單相短路，此時故障電流也較??；當(dāng)變壓器繞組匝間短路時，變壓器仍帶有負(fù)荷，這就是說變壓器內(nèi)部短路時被保護(hù)設(shè)備仍有流出電流，影響保護(hù)的靈敏動作。綜上所述，將差動保護(hù)用于變壓器，一方面由于各種因素產(chǎn)生較大或很大的不平衡電流，另一方面又要求能反應(yīng)具有流出電流性質(zhì)的輕微內(nèi)部短路，可見變壓器差動保護(hù)要比發(fā)電機(jī)等其它元件差動保護(hù)復(fù)雜

22、得多。222 變壓器差動保護(hù)的基本原理 下圖所示為雙繞組單相變壓器縱差動保護(hù)的原理接線圖: LH2I1I2電流差動保護(hù)原理是由C.H.Merz和B.Price在1904年提出的，其理論基礎(chǔ)是基爾霍夫電流定律，它是電力變壓器的主保護(hù)，也是各種電氣元件使用最廣泛的一種保護(hù)方式。自上世紀(jì)70年代微處理器的出現(xiàn)，元件保護(hù)進(jìn)入到微機(jī)保護(hù)時代。國外在70年代即對變壓器個別保護(hù)的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)開展研究。80年代國外開始研制發(fā)電機(jī)及變壓器整套微機(jī)保護(hù)。1989年波蘭Korbasiewcz發(fā)表了發(fā)電機(jī)變壓器組微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。1990年印度Verma等也發(fā)表了變壓器全套微機(jī)保護(hù)的研究成果。到90年代見到正式商業(yè)產(chǎn)品，如

23、Siemens及ABB公司均已有微機(jī)發(fā)變組全套保護(hù)。我國微機(jī)元件保護(hù)的研制，是從80年代開始的4。1987年在我國首先研制成微機(jī)式發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上于1989年開發(fā)研制成發(fā)電機(jī)全套微機(jī)保護(hù)，并于1994年研制成我國第一套適用于60萬kw及以下容量水、火發(fā)電變壓器組全套微機(jī)保護(hù)。隨后，國內(nèi)又研制成用于水輪機(jī)發(fā)電機(jī)變壓器組的微機(jī)保護(hù)。1988年后有多家研制成了變壓器微機(jī)保護(hù)。電氣主設(shè)備內(nèi)部故障的主保護(hù)方案之一是差動保護(hù)，差動保護(hù)在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用比較簡單。作為變壓器主保護(hù)，對其要求有兩方面，即防止外部短路時不平衡電流及防止勵磁涌流所致的誤動作。但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，差動保護(hù)將有

24、許多特點(diǎn)和困難，變壓器具有兩個及更多個電壓等級，構(gòu)成差動保護(hù)所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產(chǎn)生的差動保護(hù)不平衡電流將比發(fā)電機(jī)的大得多。變壓器每相原副邊電流之差（正常運(yùn)行時的勵磁電流）將作為變壓器差動保護(hù)不平衡電流的一種來源，特別是當(dāng)變壓器過勵磁運(yùn)行時，勵磁電流可達(dá)變壓器額定電流的水平，勢必引起差動保護(hù)誤動作。更有甚者，在空載變壓器突然合閘時，或者變壓器外部短路被切除而變壓器端電壓突然恢復(fù)時，暫態(tài)勵磁電流（即勵磁涌流）的大小可與短路電流相比擬，在這樣大的不平衡電流下，要求差動保護(hù)不誤動，是一個相當(dāng)復(fù)雜困難的技術(shù)問題。正常運(yùn)行中的變壓器，根據(jù)電力系統(tǒng)的要求，需要調(diào)節(jié)分接頭，這又將增大變壓器

25、差動保護(hù)的不平衡電流；變壓器差動保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)高、低壓繞組的匝間短路，而匝間短路時雖然短路環(huán)流中電流很大，但流入差動保護(hù)的電流可能不大；變壓器差動保護(hù)還應(yīng)能反應(yīng)高壓側(cè)（中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)）經(jīng)高電阻接地的單相短路，此時故障電流也較??；當(dāng)變壓器繞組匝間短路時，變壓器仍帶有負(fù)荷，這就是說變壓器內(nèi)部短路時被保護(hù)設(shè)備仍有流出電流，影響保護(hù)的靈敏動作。綜上所述，將差動保護(hù)用于變壓器，一方面由于各種因素產(chǎn)生較大或很大的不平衡電流，另一方面又要求能反應(yīng)具有流出電流性質(zhì)的輕微內(nèi)部短路，可見變壓器差動保護(hù)要比發(fā)電機(jī)等其它元件差動保護(hù)復(fù)雜得多。I-IIJI2I1LH12圖圖 2-12-1 雙繞組變壓器差動保護(hù)單相原理

26、接線圖雙繞組變壓器差動保護(hù)單相原理接線圖I1、I2分別為分別為變壓器依次側(cè)和二次側(cè)的一次電流，參考方向?yàn)槟妇€指向變壓器：I1、I2為相應(yīng)的電流互感器二次電流。流入差動繼電器 KD 的差動電流為 (2.1)2/1IIIJ縱差動保護(hù)的動作判據(jù)為 I I (2.2)Jset式中，I為縱差動保護(hù)的動作電流；I =為差動電流的有效值。setr21II設(shè)變壓器的變比為 nB=U1/U2，若選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使之滿足 (2.3)TTATAnnn12式中， n，n分別表示 LH1，LH2 的變比(LH1 指高壓側(cè)，LH2 指低壓側(cè))；1TA2TAn變壓器的變比。T則由 I2=n I1知，式（2.3）可

27、進(jìn)一步表示為： T (2.4) 1212IInnnBTATA由 I1=I1/ n， I2= I2/ n，則當(dāng)正常運(yùn)行或變壓器外部故障時，有下1TA2TA式成立 (2.5) 221121TATAnInIII忽略變壓器的損耗，正常運(yùn)行和區(qū)外故障時一次電流的關(guān)系為 I +n I =0,）變2T1為變壓器縱差動保護(hù)中電流互感器變比選擇的依據(jù)。由此可見，變壓器差動保護(hù)的保護(hù)范圍是變壓器各側(cè)電流互感器所包圍的區(qū)域，理想情況下，當(dāng)且僅當(dāng)該區(qū)域發(fā)生短路故障時，繼電保護(hù)才動作，而正常運(yùn)行或區(qū)外故障時保護(hù)可靠不動作。但實(shí)際上變壓器差動保護(hù)由于其自身的特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)時需要考慮差動回路中存在不平衡電流的問題：(1)電流

28、互感器不同型產(chǎn)生的不平衡電流。變壓器有兩個及更多電壓等級,構(gòu)成差動保護(hù)所用的電流互感器的額定參數(shù)各不相同，它們的飽和特性和勵磁電流（歸算到同一側(cè)）也都是不同的。因此，在變壓器的差動保護(hù)中將引起較大的穩(wěn)態(tài)不平衡電流。在外部短路時，這種不平衡電流可能會很大。(2)由于電流互感器選用的是定型產(chǎn)品，而定型產(chǎn)品的變比都是標(biāo)準(zhǔn)化的，這就會出現(xiàn)電流互感器的計算變比與實(shí)際變比不完全相符的問題，以至在差動回路中產(chǎn)生不平衡電流。(3)電力系統(tǒng)中常用帶負(fù)荷調(diào)整變壓器分接頭的方法來調(diào)整系統(tǒng)的電壓。調(diào)整分接頭實(shí)際上就是改變變壓器的變比，其結(jié)果必將破壞電流互感器二次電流的平衡關(guān)系，產(chǎn)生了新的不平衡電流。(4)變壓器兩側(cè)三

29、相的接線方式不盡相同，所以其兩側(cè)的電流相位也可能不一致，從而產(chǎn)生不平衡電流。(5)變壓器的勵磁電流（勵磁涌流）產(chǎn)生的不平衡電流。因此，變壓器差動保護(hù)的動作判據(jù)為 (2.6)max11bpjniIII 式中： Ijbpmax為差動保護(hù)的最大不平衡電流。上述變壓器差動保護(hù)中不平衡電流的第一項(xiàng)可通過合適的差動保護(hù)整定值來躲開；對微機(jī)保護(hù)來說，第二、三、四項(xiàng)不平衡電流可通過合適的軟件設(shè)置來消除其影響。而最后一項(xiàng)，即勵磁電流是不能通過物理手段或整定值消去的。這是因?yàn)樽儔浩鞑顒颖Ｗo(hù)的范圍不僅包含變壓器各側(cè)的繞組，還包含變壓器的鐵芯，即變壓器差動保護(hù)內(nèi)不僅有電路還有磁路，這就違反了差動保護(hù)的理論依據(jù)基爾霍夫

30、電流定律。假設(shè)被保護(hù)的變壓器有 n 個繞組和一個公共鐵芯，即有 n條電路和一條公共磁路，則有：Ii=Ie,其中 Ii為流入變壓器各端子的1ni電流相量，Ie為變壓器的勵磁電流。如果認(rèn)為其它不平衡電流已經(jīng)有效的消除或躲開，那么 Ie就成了變壓器差動回路中的不平衡電流，即流入變壓器的各端子電流相量之和等于變壓器的勵磁電流。當(dāng)變壓器及所在的系統(tǒng)正常運(yùn)行時，勵磁電流很小，一般不超過變壓器額定電流的 3%5%，外部故障時，由于電壓降低，勵磁電流也相應(yīng)減小，其影響就更小。因此，正常勵磁電流引起的不平衡電流影響不大，可以忽略不計。但是當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時，可能會出現(xiàn)很大的暫態(tài)勵磁電流，

31、其值可達(dá)額定電流的 68 倍，而且持續(xù)時間長。因此，勵磁涌流將在差動回路中引起很大的不平衡電流，可能導(dǎo)致變壓器差動保護(hù)誤動跳閘或延遲動作。23 變壓器差動保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀差動保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，差動保護(hù)原理的提出是建立在嚴(yán)格的基爾霍夫電流定律（KCL）基礎(chǔ)上的，差動保護(hù)在線路和發(fā)電機(jī)上應(yīng)用的比較成功，因?yàn)樗鼈儑?yán)格滿足 KCL 定律，但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，差動保護(hù)面臨著新的問題。從電路上看變壓器一次繞組和二次繞組并非是一個節(jié)點(diǎn)，變壓器差動保護(hù)原理是建立在變壓器穩(wěn)態(tài)磁路平衡基礎(chǔ)上的，是差動保護(hù)原理的一種拓展，在暫態(tài)過程中這種平衡關(guān)系將被打破，只有等到暫態(tài)過程結(jié)束后，這種原先的平衡關(guān)

32、系才能重新建立。因此需要檢測這種暫態(tài)過程，避免變壓器差動保護(hù)在此暫態(tài)過程中的誤動。無論是傳統(tǒng)的模擬式保護(hù)，還是目前普遍應(yīng)用的數(shù)字式保護(hù)，變壓器差動保護(hù)在實(shí)施中主要需要解決兩個問題：一是鑒別勵磁涌流和故障電流；二是區(qū)分外部故障和內(nèi)部故障。長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，變壓器差動保護(hù)在一定程度上能夠較好地區(qū)分內(nèi)部故障和外部故障，但在勵磁涌流和故障電流的鑒別上還存在一定的不足。因此當(dāng)前變壓器差動保護(hù)的主要矛盾仍然集中在勵磁涌流和故障電流的鑒別上。近十多年來，國內(nèi)外學(xué)者一直致力于變壓器繼電保護(hù)的研究，提出了許多判別勵磁涌流的新原理和新方法。231 變壓器差動保護(hù)幾種判別原理簡述1. 二次諧波制動原理二次諧波制動

33、原理，國外在七十年代就提出了，并于八十年代開始投入實(shí)際應(yīng)用中。試驗(yàn)表明，勵磁涌流中含有的諧波分量中，二次諧波分量最高。對單相變壓器而言，諧波分量可以達(dá)到 20%以上，而三相變壓器，也必然有一項(xiàng)或者兩相可以達(dá)到 20%。因此該判別方法由此將差動電流中的二次諧波分量 Id2和基波分量 Id1的比值 K 作為鑒別故障電流和勵磁涌流的依據(jù)。表達(dá)式為：Id2/Id1K式中：Id1、Id2分別是差流中的基波和二次諧波幅值；K二次諧波制動系數(shù)，常取值為 0.150.20。 二次諧波制動法簡單，軟硬件設(shè)計也較容易。另外，因?yàn)榻?jīng)過 CT 傳變以后的二次涌流中，偶次諧波的比例會有所增大，所以用這種方法有利于保證差

34、動保護(hù)在勵磁涌流中不誤動。由于以上的原因，二次諧波制動是目前為止在變壓器微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用最廣泛的勵磁涌流判別方法。Siemens、ABB 和 GE 公司都研制生產(chǎn)了采用該判據(jù)的變壓器保護(hù)裝置。 但是隨著電力系統(tǒng)電壓等級的提高以及單臺變壓器容量的增大，采用二次諧波制動原理的變壓器保護(hù)在實(shí)際運(yùn)行中，卻不得不面臨以下的問題：(1)在微機(jī)保護(hù)中廣泛使用基于傅氏級數(shù)的諧波分析方法，從嚴(yán)格意義上講，該方法只適用于穩(wěn)態(tài)交流分量的分析，而勵磁涌流是暫態(tài)電流，其中含有較大的衰減直流分量，將衰減的直流分量在時間軸上截斷并進(jìn)行周期延拓，會導(dǎo)致產(chǎn)生離散的幅度譜，混疊到周期信號的頻譜中，影響二次諧波分量的大小，甚至導(dǎo)致誤

35、判。(2)二次諧波制動比常取為 15%17%，但是，隨著電網(wǎng)電壓等級的提高和規(guī)模的擴(kuò)大以及變壓器單臺容量的增大，大型變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時，由于諧波使短路電流中諧波含量增加，基于二次諧波制動原理的差動保護(hù)延時動作，特別是對變壓器端部接長線的情況更是如此；另外，15%17%的制動比是按照一般飽和磁通為 1.4 倍額定磁通幅值時合閘涌流的大小來考慮的。但現(xiàn)代變壓器的飽和磁通倍數(shù)經(jīng)常在 1.2 到 1.3 甚至更低，在此情況下涌流的最小二次諧波含量有可能低至 10%以下，從而導(dǎo)致變壓器差動保護(hù)誤動。二次諧波制動比應(yīng)該如何選擇才更科學(xué)？(3)對于二次諧波制動原理，通常采用一相制動三相的方案，即三相差流中

36、有一相差流的二次諧波含量超過定值就閉鎖整個差動保護(hù)，可以保證保護(hù)在勵磁涌流情況的不誤動和內(nèi)部故障情況下的正確動作。然而對于帶有潛在內(nèi)部故障的三相變壓器，如繞組發(fā)生匝間短路，當(dāng)變壓器空載合閘時，一相為故障電流，另兩相為勵磁涌流，其結(jié)果是差動保護(hù)被二次諧波制動而不能快速動作，由于大型變壓器勵磁涌流衰減較慢，導(dǎo)致差動保護(hù)被長時間閉鎖。即使采用綜合相制動方案，也會存在一定的延時。2. 間斷角閉鎖原理 間斷角閉鎖原理的變壓器差動保護(hù)率先由我國于 60 年代提出并制成樣機(jī)14，其模擬式保護(hù)裝置已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。間斷角閉鎖原理是利用勵磁涌流波形具有較大的間斷而短路電流波形連續(xù)變化不間斷的特征作為鑒別判據(jù)。該

37、方法簡單直接，但它是以精確測量間斷角為基礎(chǔ)，如遇到 TA 暫態(tài)飽和傳變會使涌流二次側(cè)間斷角發(fā)生畸變，有時會消失，必須采取某些措施來恢復(fù)間斷角，但這卻增加了保護(hù)硬件的復(fù)雜性；同時間斷角原理還要受到采樣率、采樣精度的影響及硬件的限制，因此該原理在實(shí)際數(shù)字差動保護(hù)中的應(yīng)用效果并不十分的理想。 間斷角閉鎖原理的變壓器差動保護(hù)采用如下判據(jù)：當(dāng)差流的間斷角大于650時，判別為勵磁涌流，此時立即閉鎖比率差動繼電器，以防止其在變壓器空載合閘和外部故障切除電壓恢復(fù)過程中誤動；當(dāng)間斷角小于 650且波寬大于1400時，判別為可能不是勵磁涌流，并短時開放出口比率差動繼電器。 間斷角閉鎖原理的變壓器差動保護(hù)與二次諧波

38、制動原理的差動保護(hù)相比，有如下顯著特點(diǎn)：（1）一般采用按相閉鎖的方式，某一相符合間斷角涌流閉鎖條件則閉鎖該相比率差動元件，在變壓器各種內(nèi)部故障時能迅速動作于跳閘；（2）具備較高的抗變壓器過勵磁能力，只有在過勵磁倍數(shù)達(dá)到 1.26 倍以上時，比率差動保護(hù)才有可能誤動，所以一般不需要附設(shè)變壓器過勵磁時差動保護(hù)的閉鎖判據(jù)。而二次諧波制動的比率差動保護(hù)必須附設(shè)其他過勵磁閉鎖判據(jù)（如五次諧波制動判據(jù)） 。用數(shù)字技術(shù)來實(shí)現(xiàn)間斷角閉鎖原理時有兩個難點(diǎn)：一個是準(zhǔn)確測量間斷角的問題；另一個是 TA 傳變引起的間斷角波形變形的問題。間斷角閉鎖原理對采樣率的要求較高，一般為了準(zhǔn)確測量間斷角，采樣率至少為 72點(diǎn)/周

39、，如此高的采樣率對硬件提出了更高的要求。涌流間斷角處電流非常小，幾乎接近于零，而 A/D 轉(zhuǎn)換芯片正好在零點(diǎn)附近的轉(zhuǎn)換誤差最大，需要高分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。另外更為嚴(yán)重的是，涌流一般偏向于時間軸的一側(cè)，經(jīng) TA飽和傳變后，由于反向電流的作用會使間斷角消失，雖然可以采取一定的恢復(fù)措施，但由于變壓器鐵芯磁特性的非線性，要準(zhǔn)確恢復(fù)間斷角是很困難的。3. 小波變換方法 20 世紀(jì) 80 年代后期發(fā)展起來的小波變換在時、頻兩域都具有表征信號局部特征的能力，被譽(yù)為分析信號的數(shù)學(xué)顯微鏡，非常適合于非平穩(wěn)信號的分析，克服了傅里葉變換只能適應(yīng)穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號分析、時域完全無局部性的缺點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地提取信號

40、的特征。所以，小波變換的出現(xiàn)立刻引起了科技界時、頻分析方法的新革命，當(dāng)然也為勵磁涌流和內(nèi)部故障電流的判別帶來了福音。自從小波變換的妙用被繼電保護(hù)工作者認(rèn)識以來，就前仆后繼地涌現(xiàn)出一大批從事勵磁涌流判別的科研人員，都試圖通過小波變換徹底解決 100 年前留給我們的技術(shù)難題變壓器勵磁涌流與內(nèi)部故障的判別。 目前，小波變換在此方面的應(yīng)用研究如火如荼，但一直以來主要集中于高次諧波檢測和奇異點(diǎn)檢測，此外并未發(fā)現(xiàn)大的突破。實(shí)際上，兩者都是間斷角原理的一種推廣，高頻檢測反映的是差流狀態(tài)突變產(chǎn)生的高次諧波，高頻細(xì)節(jié)出現(xiàn)的位置對應(yīng)于變壓器飽和、退飽和時刻或故障發(fā)生時刻。若差流的高頻細(xì)節(jié)突變周期出現(xiàn)，則為勵磁涌流

41、；若出現(xiàn)一次后便很快衰減為 0，則為內(nèi)部故障。奇異點(diǎn)檢測利用了小波變換模極大值原理，檢測的是差流狀態(tài)突變而產(chǎn)生的第 2 類間斷點(diǎn)，奇異點(diǎn)與涌流間斷角相對應(yīng)。 但是，對微機(jī)保護(hù)來講，獲得高頻分量勢必需要提高采樣頻率，從而增加了技術(shù)難度和成本，而且可能會受到系統(tǒng)諧波的影響，能否經(jīng)受住環(huán)境高頻噪聲的考驗(yàn)，有待進(jìn)一步研究。另外，如何正確檢測模值也是一個難題。4. 波形對稱原理波形對稱原理是對變壓器的電流波形進(jìn)行分析的一種方法。即，首先將流入繼電器的差流進(jìn)行微分，將微分后差流的前半波與后半波作對稱比較，根據(jù)比較的結(jié)果去判斷是否發(fā)生了勵磁涌流。這種方法實(shí)際上是間斷角原理的推廣。它的提出正是基于對勵磁涌流導(dǎo)

42、數(shù)的波寬及間斷角的分析，但是它比間斷角原理容易實(shí)現(xiàn)，克服了間斷角原理對微機(jī)硬件要求太高的缺點(diǎn)。該方法的作者對其進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)和動模實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其有效性，至于能否得到實(shí)際應(yīng)用，尚需時間檢驗(yàn)。5. 等值電路法這類方法將變壓器整體看成一個阻抗，通過測量端電壓和端電流計算變壓器的等效阻抗或者等效導(dǎo)納，通過阻抗或者導(dǎo)納的變化來鑒別勵磁涌流。變壓器用在勵磁涌流時，變壓器的勵磁阻抗急劇變化，而在正常運(yùn)行或者故障時勵磁阻抗基本不變這一特征來區(qū)分變壓器勵磁涌流和短路電流，算法不需要變壓器參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)。在正常情況下，變壓器的勵磁電流很小，對于現(xiàn)代大型變壓器，通常要小于 1%變壓器額定電流，因此，當(dāng)變壓器運(yùn)行在磁

43、化曲線的線性段時，勵磁阻抗很大，一般以變壓器額定電壓和電流為基準(zhǔn)的勵磁阻抗 Zm100。當(dāng)變壓器空投或區(qū)外故障切除，電壓恢復(fù)正常的過程中，由于磁通不能突變，磁通中出現(xiàn)了非周期性的暫態(tài)分量，與鐵芯剩磁一起使變壓器鐵芯飽和，同時由于電壓是交變的，因而在一個周波內(nèi)變壓器鐵芯周期性地進(jìn)入飽和區(qū)和退出飽和區(qū)，當(dāng)進(jìn)入飽和區(qū)時，勵磁電流的瞬時值很大，可能達(dá)到變壓器額定電流的 510 倍甚至更大，而退出飽和區(qū)時，只有正常的勵磁電流，其瞬時值很小，在涌流的間斷角區(qū)內(nèi)，Zm則變的相當(dāng)大，因此在勵磁涌流時期，Zm的最大值與最小值可能相差幾百倍甚至上千倍。通過檢測這種劇烈變化就可以進(jìn)行勵磁涌流的鑒別。參考文獻(xiàn)中提出了

44、一種基于變壓器導(dǎo)納型等值電路中檢測對地導(dǎo)納參數(shù)變化來鑒別變壓器內(nèi)外部故障的方法。原文作者在解析分析和實(shí)驗(yàn)觀測的基礎(chǔ)上得到如下結(jié)論：（1）鐵芯線圈的漏抗近似相等，此時在變壓器導(dǎo)納型等值電路中，各節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納幾乎與變壓器的鐵芯飽和無關(guān)；（2）鐵芯未飽和時，各節(jié)點(diǎn)的對地導(dǎo)納幾乎為零。當(dāng)鐵芯飽和時，對地導(dǎo)納又與空心變壓器的對地導(dǎo)納幾乎一致，且是一不等于零的常數(shù)。與上述兩個結(jié)論對應(yīng)的有：（1）內(nèi)部匝間短路時，故障繞組的對地導(dǎo)納是該繞組短路匝數(shù)的一個非線性函數(shù)，且隨內(nèi)部故障匝數(shù)的增大而變大。非故障繞組的導(dǎo)納與故障匝數(shù)無關(guān)，仍為一接近于零的常數(shù)。 （2）涌流時高壓側(cè)繞組的對地導(dǎo)納和低壓側(cè)的對地導(dǎo)納都大于零，

45、而中壓側(cè)對地導(dǎo)納接近于零或略小于零（3）各繞組的互導(dǎo)納與鐵芯的磁通密度無關(guān)，也與內(nèi)部匝間短路無關(guān)。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是快速，即使內(nèi)部故障疊加涌流，一般可以在半個周波內(nèi)給出正確的判斷結(jié)果，同時鑒別勵磁涌流時，將不再用諧波判別，而對內(nèi)部故障卻可以快速識別。6. 磁通特性原理 磁通特性原理是通過綜合利用變壓器電壓和電流的信息來鑒別勵磁涌流的。該方法是從勵磁涌流產(chǎn)生的本質(zhì)原因變壓器鐵芯磁路飽和出發(fā)，通過提取磁通變化特征來識別勵磁涌流和故障電流。磁通特性原理考慮的是變壓器的勵磁特性，以變壓器每個繞組的電壓回路方程為基礎(chǔ)，如下式所示，理論上可以完全消除勵磁涌流的影響。 U=Ri+L+ didtddt 式中：R

46、、L 分別為該組的電阻和漏感，U、i、為該組電壓、電流和磁通的瞬時值。由于上式是根據(jù)變壓器正常運(yùn)行的模型得到的，所以在變壓器正常運(yùn)行、外部短路、空載合閘和過勵磁等情況下均滿足，只有內(nèi)部故障時，由于變壓器模型本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生了變化，它才不再成立，從而可以區(qū)分內(nèi)部故障和勵磁涌流。 磁通特性制動原理的判斷和計算過程都比較簡潔，檢測速度較快，適宜用微機(jī)保護(hù)實(shí)現(xiàn)，但是該原理需要知道變壓器繞組的漏感和磁制動曲線，這在實(shí)際中不太可能行的通，還有待繼續(xù)研究。 232 變壓器差動保護(hù)發(fā)展趨勢電力系統(tǒng)飛速發(fā)展對繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的迅猛發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入

47、了新活力。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展、微型計算機(jī)和微處理器的出現(xiàn)，為繼電保護(hù)數(shù)字化開辟了廣闊前景。20 世紀(jì) 90 年代中后期人工智能以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了以微機(jī)和光傳輸技術(shù)為特征的全數(shù)字控制智能保護(hù)系統(tǒng)，以此為標(biāo)志，微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化，智能化，以及保護(hù)、控制、測量和數(shù)據(jù)通信一體化的發(fā)展趨勢。(一) 全面提取涌流特征，提高勵磁涌流識別能力，改善變壓器差動保護(hù)性能。盡管從差動保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)那一天起，正確識別勵磁涌流就成為變壓器差動保護(hù)所需要解決的重要問題，但是在沒有完善的新原理可以取代差動保護(hù)前，必須不斷提高變壓器差動保護(hù)勵磁涌流識別能力。傳統(tǒng)的二次諧波制動原理只利用了勵磁涌流

48、中明顯的二次諧波特征信息，而各種輔助判據(jù)的使用意味著通過增加信息量來保證保護(hù)的正確動作。間斷角原理利用了電流波形間斷角特征來識別勵磁涌流，與二次諧波制動原理相比利用了更多的信息。其他的基于波形特征的識別方法本質(zhì)上與間斷角原理類似，但是用來提取涌流特征的波形是包括了間斷角的整個涌流波形，因此性能上來說更為優(yōu)越。隨著小波分析、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等數(shù)學(xué)工具以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊邏輯等智能技術(shù)在勵磁涌流識別方法中的應(yīng)用，為勵磁涌流特征的更為全面的提取提供了新的途徑。總之，為保證變壓器差動保護(hù)正確可靠動作，綜合利用變壓器勵磁涌流特征提取全面信息來識別勵磁涌流是今后一段時間內(nèi)的發(fā)展趨勢。 (二) 擺脫現(xiàn)有技術(shù)的束縛，獨(dú)

49、辟蹊徑，探尋變壓器保護(hù)新的原理。 縱聯(lián)差動保護(hù)原理上完全不反應(yīng)外部短路，因此取得了被保護(hù)設(shè)備在內(nèi)部故障時保護(hù)動作的靈敏性、快速性和選擇性，被廣泛用于電氣主設(shè)備和輸電線的主保護(hù)。但是縱差保護(hù)只能用于滿足電流基爾霍夫定律的純電路設(shè)備，而在變壓器差動保護(hù)范圍內(nèi)，不僅包含電路，而且包含非線性的鐵心磁路，造成當(dāng)變壓器本身無故障空載合閘、外部故障切除電壓恢復(fù)或過勵磁時，差動保護(hù)中流過很大的勵磁電流，因此最初變壓器采用差動保護(hù)作為主保護(hù)就隱含了不滿足差動保護(hù)應(yīng)用的基本前提。因此擺脫現(xiàn)有技術(shù)束縛，探尋新的變壓器保護(hù)原理是今后研究的重點(diǎn)方向?；诖磐ㄌ匦缘脑?、等值電路法原理、等值方程原理以及功率差動原理就是一

50、次有益的探索，但是這些新原理在實(shí)際應(yīng)用中還存在著大量的問題，需要更進(jìn)一步的完善和發(fā)展。 從應(yīng)用的進(jìn)程上來看，保護(hù)新原理的應(yīng)用可能經(jīng)歷三個階段：第一階段，由于保護(hù)新原理不受勵磁涌流的影響，因此可以作為變壓器差動保護(hù)勵磁涌流識別方法進(jìn)行應(yīng)用，這也是很多新原理研究的出發(fā)點(diǎn)；第二階段，新原理保護(hù)與差動保護(hù)配合使用，由于差動保護(hù)作為變壓器主保護(hù)已經(jīng)歷了幾十年的考驗(yàn)和完善，因此二者結(jié)合使用，可以取長補(bǔ)短。第三階段，新原理保護(hù)取代差動保護(hù)，這是保護(hù)新原理研究的目標(biāo).24 本章小節(jié)本章首先介紹了變壓器的故障和保護(hù)配置，接著詳細(xì)敘述了變壓器差動保護(hù)的基本原理，闡述了差動回路中的不平衡電流對變壓器差動保護(hù)的影響；

51、綜述了 變壓器差動保護(hù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并且對現(xiàn)有的故障電流和勵磁涌流鑒別方法進(jìn)行了比較，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，從中可以看出，目前廣泛使用的二次諧波制動原理和間斷角原理存在著很多問題，而其它一些鑒別勵磁涌流的方法，在理論上效果較理想，但真正應(yīng)用到實(shí)踐中還有一定距離。由于變壓器運(yùn)行條件的復(fù)雜性和故障類型的多樣性，以及 CT 飽和等因素的影響，現(xiàn)有的各種保護(hù)方案均未能完美的解決現(xiàn)存的一些問題，為了改善變壓器保護(hù)的性能，加速研制新的保護(hù)原理和算法勢在必行。第三章 勵磁涌流時變壓器的狀態(tài)分析與仿真31 變壓器勵磁涌流及鑒別方法311 單相變壓器的勵磁涌流 我們已經(jīng)知道勵磁涌流是由于變壓器鐵芯飽和造成的，下面

52、以一臺單相變壓器的空載合閘為例來說明勵磁涌流產(chǎn)生的原因。下圖為變壓器的分段磁化曲線圖。ASEOBFi圖圖 3-13-1 變壓器鐵芯的分段磁化曲線變壓器鐵芯的分段磁化曲線將變壓器的磁化曲線近似看作兩條分段直線 OA 和 AE，它們與縱軸的交點(diǎn)A 點(diǎn)的磁通定義為飽和磁通。當(dāng)時，變壓器鐵芯未飽和，此時鐵芯的SS相對導(dǎo)磁率很高，繞組的勵磁電抗也很大，所以勵磁電流很??；當(dāng)時，變S壓器鐵芯飽和，此時鐵芯的相對導(dǎo)磁率減小，繞組的勵磁阻抗減小，此時變壓器的勵磁特性工作在直線 AE 或 BF 上，磁通的微小增量，都會引起電流巨大的變化。在空載合閘時，為簡化分析過程，假設(shè)電源內(nèi)阻抗為零，且電源電壓是純正弦電壓，既

53、 u=U sin() (3.1)mt式中:為電壓合閘初相角。 當(dāng)空載單相變壓器突然投入無窮大電源時，若忽略該變壓器漏抗，并令一次繞組匝數(shù) N1=1，則 = U sin()ddtmt即 = cos()+ C ()mt根據(jù)初始條件得：C=cos+因此，空載變壓器合閘時鐵芯的磁通為 msu = cos()+cos+ mtmsu（3.3）式中=，為穩(wěn)態(tài)磁通的幅值；為空載合閘前的鐵芯剩磁。mmUsu為了得到空載合閘勵磁涌流，可利用變壓器鐵芯的磁化曲線，用作圖法求解。如圖所示。iX0i02 210iX0isX0PpPX0X0sS00t（a a） 變壓器鐵芯的磁化曲線變壓器鐵芯的磁化曲線 （b b） 勵磁涌

54、流的波形勵磁涌流的波形圖圖 3-23-2 變壓器勵磁涌流說明圖變壓器勵磁涌流說明圖圖 3-2（a）為變壓器鐵芯近似磁化曲線，對應(yīng)圖 3-2（b）中的磁通(t)，由鐵芯近似磁化形成圖 2-2（b）的勵磁涌流波形。當(dāng)磁通時，變壓器鐵芯不飽和，勵磁電感無窮大，電流等于 0；S當(dāng)時，變壓器鐵芯飽和，勵磁電感迅速減小，從而產(chǎn)生了勵磁電流，S分析知道勵磁涌流是由于變壓器空載投入產(chǎn)生的暫態(tài)磁通涌流。若不考慮變壓器損耗，暫態(tài)磁通不會衰減，勵磁涌流呈現(xiàn)周期性的變化；若考慮變壓器的損耗，暫態(tài)磁通逐漸衰減，使得涌流的幅值變小，直到涌流消失。 由上可知，間斷角的大小與合閘初相角，鐵芯穩(wěn)態(tài)磁通，鐵芯剩磁1msu和飽和磁

55、通大小有關(guān)。若增大，則間斷角也增大，相應(yīng)的二次諧波成分也S增大，當(dāng)增大時，間斷角和二次諧波成分也隨之減小。su 綜合上面的分析，單相變壓器勵磁涌流有以下特點(diǎn)：(1) 當(dāng)鐵心磁通不飽和時，勵磁電流很小，通常不超過額定電流的 2%-5%，而當(dāng)鐵芯磁通飽和后，勵磁電流隨著磁通的增大而快速增大；(2) 在一個周波中，由式可知，磁通最小值為，rmrcosm而剩磁總是小于工作磁通，由此說明，在一個周波中，總有一段時間rs鐵心中磁通小于飽和磁通，此時勵磁電流很??；(3) 另一方面，由于S，飽和只可能出現(xiàn)在時間軸一側(cè)，即勵磁涌流偏移時間軸一側(cè)，這種偏向一側(cè)且有間斷角的波形顯得不對稱，利用傅立葉級數(shù)對勵磁涌流進(jìn)

56、行諧波分析，勵磁涌流中含有多種諧波成分，其中二次諧波含量大，變壓器差動保護(hù)常采用這些特性判別勵磁涌流。312 三相變壓器勵磁涌流的特性三相變壓器勵磁涌流產(chǎn)生的基本原理與單相變壓器基本相同。當(dāng)三相變壓器空載投入電網(wǎng)中，由于三相的接入初始相位角不同，每相產(chǎn)生的勵磁涌流情況也不同，而變壓器繞組連接方式及磁路結(jié)構(gòu)的不同。對線電流中勵磁涌流的大小和波形也有較大的影響。三相變壓器空載和閘時，三相繞組都會產(chǎn)生勵磁涌流。對于 Y，d11 接線的三相變壓器，引入每相差動保護(hù)的電流為兩個變壓器繞組電流之差，其勵磁涌流也應(yīng)該是兩個繞組勵磁涌流的差值，即i=i -i i=i -i i=i -iJaabJbbcJcca

57、ebih1ih1ih1CBAicibiaZaZcZbecea圖圖 3-33-3 Y YN N，d d 接線三相變壓器接線圖接線三相變壓器接線圖因此，通常所說的勵磁涌流實(shí)際上是指一次側(cè)兩相涌流的差值，研究變壓器縱差保護(hù)應(yīng)對兩相電流之差的特征進(jìn)行分析。由于差關(guān)系的存在，三相變壓器勵磁涌流幅值的最大值出現(xiàn)在 =300。當(dāng)一次側(cè)三相電流中兩相涌流的方向相同且直流分量相差不大時，二次側(cè)涌流中就有一相涌流的直流分量很小，甚至為零，波形特征表現(xiàn)為該相涌流對稱于時間軸，稱為對稱涌流。相應(yīng)的直流分量較大的涌流稱為非對稱涌流。非對稱涌流是由剩磁方向相反的兩相涌流相減生成的電流，而對稱涌流是由剩磁方向相同的兩相涌流

58、相減生成的電流。綜合上面的例子，對于一般情況，三相變壓器勵磁涌流有以下特點(diǎn)：(1)由于三相電壓之間有 120 （2/3rad）的相位差，因而三相勵磁涌流o不相同，任何情況空載投入變壓器，至少在兩相中要出現(xiàn)不同程度的勵磁涌流。(2)某相勵磁涌流（i）可能不再偏離時間軸的一側(cè)，變成了對稱性涌流。rBu.其他兩相仍為偏離時間軸一側(cè)的非對稱性涌流。對稱性涌流的數(shù)值比較小。非對稱性涌流仍含有大量的非周期分量，但對稱性涌流中無非周期分量。(3)三相勵磁涌流中有一相或兩相二次諧波含量比較小，但至少有一相比較大。(4)勵磁涌流的波形仍然是間斷的，但間斷角顯著減小，其中有以對稱性涌流的間斷角最小。但對稱性涌流有

59、另外一個特點(diǎn)：勵磁涌流的正向最大值與反向最大值之間的相位差 120 。這個相位差稱為“波寬” ，顯然穩(wěn)態(tài)故障電流的o波寬為 180 .o3.2 變壓器空載合閘勵磁涌流的仿真實(shí)驗(yàn)321 仿真模型的建立用 MATHLAB 仿真軟件對空載合閘勵磁涌流進(jìn)行仿真分析。建立仿真模型如下所示。圖圖 3-4 仿真系統(tǒng)接線圖仿真系統(tǒng)接線圖三相變壓器的基本數(shù)據(jù)為：S =450MVA，U/U=220/500 kV , 接線方式 Y011。變壓器的三相mm1m2剩磁分別取為=0.7，=0.7，=-0.7，飽和磁通。0A0B0CSm仿真結(jié)果及其分析1）三相剩磁為（0.7，0.7，0.7）倍額定磁通，合閘角為 0 圖圖

60、3-53-5額定磁通且合閘角為零時仿真結(jié)果額定磁通且合閘角為零時仿真結(jié)果2）三相剩磁為（0.7，0.7，0.7）倍額定磁通，合閘角為 30圖圖 3-63-6額定磁通且合閘角為額定磁通且合閘角為 30300 0時仿真結(jié)果時仿真結(jié)果3）三相剩磁為（0.7，0.7，0.7）倍額定磁通，合閘角為 45 圖圖 3-73-7額定磁通且合閘角為額定磁通且合閘角為 45450 0時仿真結(jié)果時仿真結(jié)果4）三相剩磁為（0.7，0.7，0.7）倍額定磁通，合閘角為 90 圖圖 3-83-8額定磁通且合閘角為額定磁通且合閘角為 90900 0時仿真結(jié)果時仿真結(jié)果 根據(jù)以上仿真得到如下的結(jié)論：變壓器空載合閘時刻勵磁支路