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第３９卷第５期红水河Ｖｏｌ．３９Ｎｏ．５２０２０年１０月ＨｏｎｇＳｈｕｉＲｉｖｅｒＯｃｔ．２０２０和应涌流引起主变差动保护动作及其控制措施研究冷国华（大唐广西分公司（红水河）集控中心，广西㊀南宁㊀５３００２９）摘㊀要：为了分析和应涌流导致变压器差动保护误动的原因以及正确认识和应涌流，通过分析某电厂发生的主变差动保护跳闸的事件案例，阐述了变压器和应涌流产生的机理，利用ＭＡＴＬＡＢ仿真分析了和应涌流的特点以及合闸角度㊁系统电阻㊁合闸变压器剩磁㊁合闸变压器中性点接地方式对和应涌流的影响㊂分析表明：低电压等级系统㊁变压器与系统线路较长时，较容易产生和应涌流；减小合闸变压器的剩磁可以减小产生的和应涌流；改变变压器合闸角，可以控制和应涌流现象的发生；变压器中性点接地与否对产生和应涌流的影响不大㊂建议采取措施降低剩磁和装设涌流抑制器，降低励磁涌流㊂关键词：变压器；励磁涌流；和应涌流；差动保护中图分类号：ＴＭ７７文献标识码：Ａ文章编号：１００１－４０８Ｘ（２０２０）０５－００７３－０４０㊀引言电力变压器在电力系统输配电过程中具有十分重要的作用，其安全运行是保证电力系统正常工作的必要条件㊂随着电网规模扩大，变压器数目增多，变压器事故也越来越多㊂差动保护是变压器保护配置中的主保护，可以快速切除保护范围内的电气故障㊂变压器合闸时产生的励磁涌流是导致差动保护频繁误动的重要因素㊂而励磁涌流还有可能引起相邻并列运行的变压器差动保护误动，这就是变压器和应涌流现象㊂１㊀事故经过某电厂左岸厂房安装３台单机容量为２４ＭＷ的灯泡贯流式机组，１号㊁２号发电机与１号主变压器组成扩大单元接线方式，１号主变压器容量为６３０００ｋＶＡ，其高压侧经１０１开关连接至开关站１１０ｋＶⅠ段母线；３号发电机与２号主变压器组成发电机 变压器单元接线，２号主变压器容量为３１５００ｋＶＡ，其高压侧经１０２开关连接至开关站１１０ｋＶⅡ段母线㊂２０１９年１０月１２日，该厂运行方式为１１０ｋＶⅠ段㊁Ⅱ段通过１００开关联络运行，１号㊁２号机组停机，３号机组带１０．５ｋＶⅠ段㊁Ⅱ段经２号主变㊁１１０ｋＶ甲线㊁１１０ｋＶ乙线送出㊂㊀㊀该电厂在执行 １号主变由检修转运行倒闸图１㊀某电厂主接线图操作任务过程中，当合上１号主变高压侧１０１开关对１号主变进行空载合闸时，上位机报 ２号主变差动保护动作㊁２号主变高压侧断路器１０２分动作㊁２号主变低压侧断路器９０２分动作 ㊂现场检查２号主变比率差动保护动作跳开２号主变高压侧１０２开关㊁低压侧９０２开关，３号机组与系统解列，带１０．５ｋＶⅠ段㊁Ⅱ段母线及厂用电运行㊂２㊀原因分析该厂２号主变配置一套ＰＣＳ－９６７１Ｎ变压器差动保护装置，该保护装置由比率差动保护㊁差动速㊀㊀收稿日期：２０２０－０４－２４；修回日期：２０２０－０６－０１㊀㊀作者简介：冷国华（１９８６），男，广西南宁人，工程师，学士，主要从事水轮发电机组运行管理工作，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｅｎｇｇｕｏｈｕａ２０１３＠１６３．ｃｏｍ㊂３７㊀红水河２０２０年第５期断保护组成，具有励磁涌流判别㊁ＣＴ饱和识别㊁差动回路异常判别等功能㊂２号主变故障录波器记录的电流波形如图２所示，从波形图可以看出２号主变Ａ相㊁Ｂ相电流偏向时间轴的一侧，Ｃ相波形基本保持对称，三相电流的幅值均增大，期间电流波形出现严重的畸变㊂图２㊀２号主变高压侧电流波形图㊀㊀经分析，１号主变进行空载合闸时，在变压器绕组中出现励磁涌流，２号主变绕组中出现了和应涌流，２号主变Ａ㊁Ｂ相差流分别达到０．６５Ｉｅ㊁０．５８５Ｉｅ，差动保护启动定值为０．５Ｉｅ，根据ＰＣＳ－９６７１Ｎ装置差动保护动作特性，差流落点在低值动作区，保护动作㊂据查，该电厂曾多次发生过情况相同的２号主变差动保护误动事件㊂３㊀变压器励磁涌流正常状态下的变压器，铁心没有饱和，相对导磁率很大，励磁电流很小，通常只有额定电流的３％ ８％，大型变压器不到１％㊂当变压器空载合闸时，铁心达到饱和后，相对导磁率接近于１，变压器绕组会出现数值很大的励磁电流，有时会达到几倍的额定电流，这就是变压器的励磁涌流㊂励磁涌流具有下列特点［１］：包含较多的非周期分量，涌流偏向时间轴的一侧；高次谐波含量大，且以二次谐波为主；波形之间出现间断角㊂４㊀和应涌流产生的机理在一个电力系统中，多台变压器并联或串联运行，其中一台变压器空载合闸，产生励磁涌流，可能会引起相邻运行的变压器也产生涌流㊂相邻运行变压器上产生的涌流被称为和应涌流㊂为分析和应涌流产生机理，可画出两台变压器并联运行的等效电路如图３所示［２－４］㊂图３㊀变压器并联运行的等效电路图㊀㊀图中Ｔ１㊁Ｔ２分别为合闸变压器㊁正常运行变压器，ｕｓ㊁ｒｓ㊁Ｌｓ㊁ｉｓ分别为系统的电压㊁电阻㊁电感㊁电流，ｒ１㊁Ｌ１分别为变压器Ｔ１的一次绕组等效电阻㊁电感，ｒ２㊁Ｌ２分别为变压器Ｔ２的一次绕组等效电阻㊁电感，ｉ１㊁ｉ２分别为Ｔ１㊁Ｔ２的励磁电流，根据基尔霍夫第一定律有ｉｓ＝ｉ１＋ｉ２㊂设变压器Ｔ１空载合闸时，变压器Ｔ２处于空载运行状态，由于变压器Ｔ２铁心没有饱和，有ｉ２＝０㊁ｉｓ＝ｉ１㊂当变压器Ｔ１空载合闸后，Ｔ１铁心尚未饱和，ｉ２还是为０，对变压器Ｔ２可列下式：ｄΦ２ｄｔ＝ｕｓ－Ｌｓｄｉ１ｄｔ－ｒｓｉ１（１）㊀㊀在一个周期２π里面，式（１）两边同时积分，则有Φ２（２π）＝Φ２（０）＋ʏ２π０ｕｓ（θ）ｄθ－Ｌｓ［ｉ１（２π）－ｉ１（０）］－ｒｓʏ２π０ｉ１（θ）ｄθ（２）㊀㊀在一个周期里面ʏ２π０ｕｓ（θ）ｄθ＝０，根据励磁涌流ｉ１的特性，有ｉ１（０）ʈｉ１（２π）ʈ０，则式（２）可得Φ２（２π）＝Φ２（０）－ｒｓʏ２π０ｉ１（θ）ｄθ（３）㊀㊀从式（３）可得出变压器Ｔ２的磁通Φ２决定于变压器Ｔ１中的电流ｉ１在系统电阻ｒｓ上一个周期的积分值，有变压器Ｔ２的磁通变化量为ΔΦ２＝－ｒｓʏ２π０ｉ１（θ）ｄθ（４）㊀㊀由此可见，由于系统电阻的存在，导致变压器Ｔ１空载合闸产生正向励磁涌流ｉ１的同时，正常运行的变压器Ｔ２铁心中也产生了偏磁，该负向偏磁在变压器Ｔ２中不断增加，使得变压器Ｔ２的磁通Φ２在一段时间后进入饱和区，使变压器Ｔ２产生负向励磁涌流ｉ２，这就是和应涌流㊂５㊀ＭＡＴＬＡＢ仿真分析利用ＭＡＴＬＡＢ建立变压器并联运行的仿真模型［５］㊂各参数设置如下：系统电源电压１２１ｋＶ，系统内阻５Ω，系统电抗０．３Ｈ；变压器Ｔ１容量６３ＭＶＡ，频率５０Ｈｚ，额定电压１２１／１０．５ｋＶ，一次㊁二次绕组漏感和电阻均是０．０８㊁０．００２，饱和特性［０，０；０．００２４，１．２；１．０，１．５］，初始磁通［０．８，０．８，－０．８］；变压器Ｔ２容量３１．５ＭＶＡ，其他参数与变压器Ｔ２相同；三相负载为１０ＭＷ，１５Ｍｖａｒ㊂通过仿真得出当合闸角度α＝０ʎ㊁系统电阻ｒｓ＝５Ω㊁变压器初始磁通Φ１＝０．８ｐｕ且中性点直接接地时和应涌流波形如图４所示㊂４７冷国华：和应涌流引起主变差动保护动作及其控制措施研究㊀图４㊀和应涌流波形图㊀㊀综上分析和应涌流波形图可以知道，正常运行的变压器上产生的和应涌流滞后空载投入变压器产生的励磁涌流，和应涌流一开始比较小，随后达到峰值，最后慢慢衰减，衰减时间较长，波形在时间轴的负半轴㊂本文案例就是因为和应涌流的产生，导致变压器Ｔ１㊁Ｔ２中的励磁涌流衰减速度很慢，最后使电流互感器发生饱和㊂当电流互感器饱和后，其一次㊁二次电流就会有角差［６－７］，导致流入差动保护装置内的差动电流二次谐波减少，最终造成采用二次谐波制动的差动保护误动作㊂６㊀控制措施通过以上分析可知，因为系统电阻的存在，当变压器合闸时产生的励磁涌流导致系统电压波动，进而在相邻运行的变压器中产生和应涌流㊂以下通过改变合闸角度α㊁系统阻抗ｒｓ㊁合闸变压器剩磁Φ１㊁变压器接地方式等参数研究和应涌流的变化情况，采取相应措施尽量减少和应涌流造成差动保护误动㊂１）以图４（α＝０ʎ㊁ｒｓ＝５Ω㊁Φ１＝０．８ｐｕ㊁中性点直接接地）和应涌流波形图为参考，当增大系统电阻ｒｓ＝１５Ω时，得出图５波形图㊂通过对比图４与图５可以看出，系统电阻增大，和应涌流出现的时间较早，且达到最大幅值的时间也较短，和应涌流幅值明显增大㊂根据式（４）可知，系统电阻增大，系统电压变化率越大，变压器磁通变化量增大，产生的和应涌流就越大㊂因此低电压等级系统㊁变压器与系统线路较长时，较容易产生和应涌流㊂图５㊀ｒｓ＝１５Ω时和应涌流波形图㊀㊀２）图６是合闸变压器的初始磁通Φ１＝０．２ｐｕ时的波形图㊂由图６可以看出，当初始磁通变小时，和应涌流也相应变小㊂因为初始磁通减小，合闸变压器产生的励磁涌流就越小，最后产生的和应涌流也越小㊂仿真过程中发现两台变压器初始磁通的大小影响其是否发生耦合产生和应涌流㊂故变压器充电前，应采取相应措施降低变压器的初始磁通，尽量减小励磁涌流㊂图６㊀Φ１＝０．２ｐｕ时和应涌流波形图㊀㊀３）图７是合闸变压器中性点不接地时的波形图，与中性点直接接地的图４对比，和应涌流的大小及出现的速度未发生明显变化㊂故中性点是否接地不是影响和应涌流现象发生的直接因素㊂图７㊀变压器Ｔ１中性点不接地时和应涌流波形图㊀㊀４）改变合闸角度，当α＝９０ʎ时，此时不产生和应涌流㊂因为这种情况下，合闸后变压器立即进入稳态，避免了励磁涌流㊂因此利用涌流抑制器控制变压器合闸的时间，降低合闸时的励磁涌流，可以控制和应涌流现象的发生㊂另外，为了防止和应涌流引起主变差动保护误动，可以重新核算差动保护的整定值，适当调整差流门槛与谐波制动比［８］㊂７㊀结论本文通过分析一起变压器差动保护误动作事件，总结了前人关于和应涌流产生机理的研究成果，利用ＭＡＴＬＡＢ仿真分析了和应涌流的特点及提出了控制措施，得出以下结论：１）长线路㊁低电压等级系统中，系统电阻是影响和应涌流幅值以及衰减的重要因素㊂系统电阻越大，产生的和应涌流越大㊂２）改变变压器初始磁通可以增减变压器合闸５７㊀红水河２０２０年第５期时的励磁涌流，进而影响和应涌流的产生㊂３）控制变压器合闸时的角度，可以控制和应涌流现象的发生㊂４）合闸前短时断开变压器中性点接地刀闸的措施并不能减小和应涌流㊂参考文献：［１］㊀刘学军，段慧达，辛涛．继电保护原理［Ｍ］．３版．北京：中国电力出版社，２０１２：２６１－２６３．［２］㊀许云雅．变压器励磁涌流与和应涌流的分析研究［Ｄ］．北京：华北电力大学，２００８：２５－３１．［３］㊀戴斌，周东，胡平，等．变压器和应涌流的分析与研究［Ｊ］．江西电力，２０１６，４０（８）：１１－１６．［４］㊀张悦，白瑞，张岚．基于全数字仿真系统对变压器和应涌流的影响因素及特性研究［Ｊ］．山西电力，２０１５，３９（２）：５－９．［５］㊀王晶，翁国庆，张有兵．电力系统的ＭＡＴＬＡＢ／ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真与应用［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版社，２００８：７４－１１０．［６］㊀袁宇波，陆于平，许扬，等．切除外部故障时电流互感器局部暂态饱和对变压器差动保护的影响及对策［Ｊ］．中国电机工程学报，２００５，２５（１０）：１２－１７．［７］㊀孙向飞，周建萍，夏聆峰，等．和应涌流导致差动保护误动模式及原因研究［Ｊ］．昆明理工大学学报（自然科学版），２０１５，４０（２）：７３－７９．［８］㊀张雪松，何奔腾．变压器和应涌流对继电保护影响的分析［Ｊ］．中国电机工程学报，２００６，２６（１４）：１２－１７．ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＤｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＡｃｔｉｏｎｏｆＭａｉｎＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒＣａｕｓｅｄｂｙＳｙｍｐａｔｈｅｔｉｃＩｎｒｕｓｈａｎｄＩｔｓＣｏｎｔｒｏｌＭｅａｓｕｒｅｓＬＥＮＧＧｕｏｈｕａ（ＣｅｎｔｒａｌｉｚｅｄＣｏｎｔｒｏｌＣｅｎｔｅｒ（ＨｏｎｇｓｈｕｉＲｉｖｅｒ）ｏｆＧｕａｎｇｘｉＢｒａｎｃｈＣｏｍｐａｎｙｏｆＣｈｉｎａＤａｔａｎｇＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎａｎｎｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｘｉ，５３００２９）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｃａｕｓｅｓｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｍｉｓｏｐｅｒａｔｉｏｎｃａｕｓｅｄｂｙｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｉｎｒｕｓｈａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｌｙｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｉｎｒｕｓｈ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｉｎｒｕｓｈｉｓｅｘｐｏｕｎｄｅｄｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇａｎｅｖｅｎｔｃａｓｅｏｆｍａｉｎｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｔｒｉｐｐｉｎｇｉｎａｐｏｗｅｒｐｌａｎｔ，ａｎｄｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｉｎｒｕｓｈａｎｄｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｃｌｏｓｉｎｇａｎｇｌｅ，ｓｙｓｔｅｍｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｒｅｓｉｄｕａｌｍａｇｎｅｔｉｓｍｏｆｃｌｏｓｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｎｄｎｅｕｔｒａｌｐｏｉｎｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｃｌｏｓｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｏｎｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｉｎｒｕｓｈａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙＭＡＴＬＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｔｈａｔ：ｗｈｅｎｔｈｅｌｏｗｖｏｌｔａｇｅｌｅｖｅｌｓｙｓｔｅｍ，ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒａｎｄｓｙｓｔｅｍｌｉｎｅｓａｒｅｌｏｎｇ，ｉｔｉｓｅａｓｙｔｏｐｒｏｄｕｃｅｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｉｎｒｕｓｈ；Ｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｍａｇｎｅｔｉｓｍｏｆｔｈｅｃｌｏｓｉｎｇｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｅｄｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｉｎｒｕｓｈ；Ｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｃｌｏｓｉｎｇａｎｇｌｅｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｃａｎｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅｏｆｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｉｎｒｕｓｈ；Ｗｈｅｔｈｅｒｔｈｅｎｅｕｔｒａｌｐｏｉｎｔｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒｉｓｇｒｏｕｎｄｅｄｏｒｎｏｔｈａｓｌｉｔｔｌｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈｅｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｏｆｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｉｎｒｕｓｈ．Ｉｔｉｓｓｕｇｇｅｓｔｅｄｔｏｔａｋｅｍｅａｓｕｒｅｓｔｏｒｅｄｕｃｅｒｅｓｉｄｕａｌｍａｇｎｅｔｉｓｍａｎｄｉｎｓｔａｌｌｉｎｒｕｓｈｓｕｐｐｒｅｓｓｏｒｔｏｒｅｄｕｃｅｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｉｎｒｕｓｈ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｉｎｒｕｓｈ；ｓｙｍｐａｔｈｅｔｉｃｉｎｒｕｓｈ；ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ㊀㊀㊀㊀㊀㊀‘红水河“杂志刊登文章下载，投稿结果查询，请扫描咨询电话：０７７１－５６９９１０９㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＨＯＮＧＳＨＵＩＲＩＶＥＲ６７。
变压器和应涌流现象分析及建议[摘要]本文主要介绍已经工作的变压器由于相邻变压器合闸产生和应涌流的现象，分析了变压器和应涌流产生的原因，讨论了和应涌流对变压器差动保护和零序保护的影响，最后提出相应的防范措施。
[关键词]变压器；和应涌流；差动保护；防范措施; 零序保护Abstract: This article mainly introduces the phenomenon of working transformer due to adjacent transformer switch-on Sympathetic current , analysis the causes of transformer sympathetic current , discusses the effect to the transformer differential protection and zero sequence protection,finally , put forward the corresponding precautions.Key words:transformer sympathetic current , differential protection , precautionsZero-sequence protection中图分类号：TF762+.6文献标识码：A 文章编号：引言变压器是电力中最重要的设备之一，其运行状态直接关系到电力系统能否稳定，连续，高效地工作。
任何含铁心的元件如变压器，电抗器在空载合闸后，由于磁链的不突变与铁心的饱和非线性特性的相互作用，会在励磁绕组中产生励磁涌流，有可能导致差动保护误动作，人们通过二次谐波制动，提高差动保护定值等方法来避免保护误动。
近年来，出现了多起空投变压器导致相邻变压器差动保护和后备保护误动现象，该现象与变压器和应涌流有关。
本文通过对我厂在正常起机并网后，进行厂用电切换过程中，合高厂变开关时，汽机主变产生和应涌流的现象进行分析，讨论其对主变差动保护和零序保护可能产生的影响。
变压器励磁涌流对差动保护的影响及解决方法摘要：当变压器空载投入或外部故障切除后，由于电压的恢复，出现很大的励磁电流，其值可达6-8倍的额定电流，这种暂态过程中出现的励磁电流称为励磁涌流。
由于励磁涌流和负序电压的存在，如果定值整定不得当，就会导致差动保护，复压过流保护等误动作，影响设备的正常运行。
本文针对励磁涌流产生的原因和特点进行了理论分析，结合稳态下的励磁涌流、电压最大时合闸及电压为零时合闸的励磁涌流波形图，找出了变压器差动保护动作的原因，并制定了变压器投运时的防范措施，保证了电气设备和人员的安全。
关键词：变压器；差动保护；励磁涌流0 引言随着电力工业的飞速发展，超高压、大容量和远距离输电越来越普遍，大型电力变压器在电力系统中的地位越来越突出，对电力变压器的保护提出了更高的要求。
变压器差动保护是按循环电流原理构成的，是用来反应变压器绕组、引出线及套管上的各种短路故障的主保护，它能否正确动作对整个电力系统的安全稳定运行具有非常重要的实际意义。
对于励磁涌流产生的影响，差动保护装置中虽然也有相应的闭锁，但实际应用中效果并不理想。
主要问题是差动保护在对励磁涌流进行判断的时候，不能准确区分励磁涌流和内部故障电流，造成保护装置误动作，因此，需要分析励磁涌流产生的原因、励磁涌流对变压器差动保护的影响，从而采取制动措施抑制变压器的励磁涌流，解决对差动保护的影响。
1 励磁涌流产生的原因及其特点分析1.1 励磁涌流产生机理为了使问题简化，下面就以单相变压器为例来分析当变压器空载合闸时，产生励磁涌流的原因。
生产和生活中所使用的交流电均为标准正弦波。
当变压器空载合闸瞬间，其铁芯中的磁通量与电源电压的关系应该为WdΦ/dt =Umsin（ωt+α）（1）式中：W为绕组匝数；Φ为铁芯中的磁通；Um为电源电压幅值；α为合闸角。
由式（1）可得dΦ=（Um/W）sin（ωt+α）dt。
（2）对式（2）进行积分，可得Φ =-（Um /W）ωcos（ωt+α）+ C，（3）在式（3）中，C为积分常数，由初始条件确定。
变压器和应涌流对继电保护的影响及其防误动措施的探讨摘要：和应涌流是在变压器空载合闸时产生的, 其与变压器中产生的励磁涌流紧密相连, 与励磁涌流的大小相关。
和应涌流的持续时间较长, 对正常运行中的变压器各个环节起着一定的影响, 尤其是对变压器零序电流、中性点接地、电流误动等方面的影响, 最终将造成变压器保护误动。
由于和应涌流的特性及危害, 需从根本上进行认知, 提出有效的应对措施,分析变压器和应涌流对继电保护所产生影响。
关键词：和应涌流；继电保护；仿真模型；防范措施近年来都出现过和应涌流引起变压器差动保护误动情况,引起了诸多学者的关注。
和应涌流是当电网中空投一台变压器时,在相邻的并联或级联运行变压器中产生的。
和应涌流在合闸变压器涌流持续一段时间后产生,该涌流波形特征不明显且持续时间很长,容易导致变压器的涌流闭锁环节失效,造成运行变压器保护误动作。
由于运行变压器本身没有故障,并且误动是发生在相邻变压器空投完成较长的一段时间之后,所以很难查明误动原因,误动原因更具有隐蔽性。
随着对和应涌流的进一步研究,发现和应涌流也能引起变压器零序过流保护和其他后备保护的误动。
因此,有必要对这种现象进行更为深入的研究,并提出有效的应对措施。
一、和应涌流产生的原理以变压器并联运行为例说明和应涌流的产生过程,等效图如图所示。
在图所示等值电路中,设系统电源电压为us,系统电阻为Rs,系统电感为Ls;变压器T1的一次侧等效电阻为R1,等效电感为L1;变压器T2的一次侧等效电阻为R2,等效电感为L2;系统电流为is,变压器T1流过的电流为i1,变压器T2流过的电流为i2。
二、变压器和应涌流的仿真模型变压器和应涌流的仿真模型分析通过变压器并联和级联的仿真模型来完成, 首先介绍变压器并联仿真模型中的和应涌流情况, 准备两台变压器, 将两台变压器的双绕组进行并联, 一台变压器正常运行, 另一台变压器空载合闸, 此时变压器产生励磁涌流, 而励磁涌流导致系统电流和内阻发生变化,使得变压器在运行中产生和应涌流;其次是变压器级联仿真模型中产生的和应涌流情况, 变压器级联也可称之为串联, 将两台变压器进行级联, 变压器的末端空载合闸, 产生的励磁涌流将在正常运行中的变压器首端出现, 此时产生和应涌流[2]。
如何预防变压器和应涌流引起的差动保护误动作？
电力系统中变压器产生和应涌流的原因主要有两个方面。
一方面，当电网中空投一台变压器时，与其并联或级联运行的其他变压器中会产生涌流，这种涌流不仅在合闸变压器中出现，而且在并联运行的变压器中也会出现。
另一方面，当变压器励磁涌流为零时，母线电压会恢复到额定电压附近，此时变压器在励磁涌流的作用下也会产生和应涌流。
一旦，相邻变压器中产生和应涌流，容易引起相邻变压器差动保护和后备保护误动。
当外部故障发生在变压器高压侧时，系统存在的和应涌流可能会使差动保护装置误判为内部故障，从而引发误动作。
和应涌流还可能引起电流互感器饱和，使得二次谐波下降。
由于励磁涌流只流过变压器的某一侧，因此通过电流互感器反应到差动回路中将形成不平衡电流，引起差动保护误动作。
此外，如果电流互感器的极性、相序与连接错误，也可能导致差动保护误动作。
为避免和应涌流引起的差动保护误动作，建议采取以下3种措施：
一、优化变压器的设计，减小和应涌流的大小。
二、采用高性能的差动保护装置，可以有效避免和应涌流引起的误动作。
三、可以通过修改定值和提高电流互感器暂态性能等方法，防止和应涌流。
预防和应涌流对变压器差动保护的影响需要综合考虑变压器的设计、保护装置的性能以及系统的运行条件，才能确保变压器的安全稳定运行。
时间有限，今天就到这里。
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变压器励磁涌流对差动保护的影响分析印江县供电局甘金桥水电站主变进行大修后空载试验，主变低压侧断路器合闸时，出现合闸瞬间就跳闸，经多次操作仍出现此情况。
在认真检查变压器后，断路器还出现一合闸即跳闸的现象，后对变压器进行分析，是由于励磁涌流的影响，差动保护的速饱和变流器差动线圈调整不合理，引起保护误动，致使断路器无法合闸，经过处理，故障消除。
1 励滋涌流对变压器切除外部故障后进行空载合闸，电压突然恢复的过程中，变压器可能产生很大的冲击电流，其数值可达额定电流的6～8 倍，将这个电流称之为励磁涌流。
产生励磁涌流的原因是变压器铁芯的严重饱和和励磁阻抗的大幅度降低。
2 励磁涌流的特点励磁涌流数值很大，可达额定电流的6～8 倍。
励磁涌流中含有大量的直流分量及高次谐波分量，其波形偏向时间轴一侧。
励磁涌流具有衰减特性，开始部分衰减得很快，一般经过0.5～1s 后，其值通常不超过0.25～0.5 倍的额定电流，对于大容量变压器，其全部衰减时间可能达到几十秒。
3 消除励磁涌流影响所采取的补偿措施励磁涌流的产生会对变压器的差动保护造成误动作，从而使变压器空载合闸无法进行，为了消除励磁涌流对保护的影响，一般可以采用接入速饱和变流器的补偿措施。
3.1 接入速饱和变流器接入速饱和变流器阻止励磁涌流传递到差动继电器中，如图1。
当励磁涌流进入差动回路时，由于速饱和变流器的铁芯具有极易饱和的特性，其中很大的非周期分量使速饱和变流器的铁芯迅速严重饱和，励磁阻抗锐减，使得励磁涌流中几乎全部非周期分量及部分周期分量电流从速饱和变流器的一次侧绕组通过，变换到二次侧绕组的电流就很小，差动保护就不会动作。
只要合理调节速饱和变流器一二次侧绕组匝数，就可以更好的消除励磁涌流对差动保护的影响。
和应涌流对差动保护的影响因素分析及防范措施郑 涛1,赵 萍2(1.华北电力大学电力系统保护与动态安全监控教育部重点实验室,北京市102206;2.台州电业局,浙江省台州市317000)摘要:和应涌流可能引起主设备保护的误动,目前还鲜有针对和应涌流的有效防范措施。
分析了和应涌流的产生机理,指出和应涌流本身并不会引起差动保护误动。
针对现场运行中较多采用的二次谐波制动原理,研究了该原理在发生和应涌流时,不同电流互感器(TA )传变特性下的适用性,指出由和应涌流引发的TA 局部暂态饱和是导致差动保护误动的重要因素之一。
最后,提出一种比率制动特性的修正方案以避免由于TA 局部暂态饱和引起的差动保护误动。
关键词:变压器保护;和应涌流;二次谐波制动原理;TA 局部暂态饱和中图分类号:TM772收稿日期:2008208229;修回日期:2008210223。
国家自然科学基金资助项目(50607006);长江学者和创新团队发展计划资助项目(IR T0515)。
0 引言差动保护是变压器内部故障的主保护。
励磁涌流和故障电流以及内、外部故障的正确区分是变压器差动保护亟须解决的2个关键问题[1]。
近年来,出现了多起变压器差动保护误动的新情况,这就是当一台变压器空载合闸时,引起另外一台相邻正在运行的并联或级联变压器差动保护的误动,即和应涌流现象[228]。
和应涌流的出现给主设备的安全运行带来了潜在威胁,因为正常运行的变压器本身并没有故障,并且误动发生在相邻变压器空投完成一段时间之后,误动原因更具有隐蔽性。
目前,变压器差动保护中还没有特别针对和应涌流的防范措施,研究现有涌流闭锁判据对和应涌流的适用性,并探寻新的制动方案来防止和应涌流引起的差动保护误动有重要意义。
本文对和应涌流产生机理进行了分析,根据和应涌流的特点,指出和应涌流本身并不会引起差动保护误动。
针对现有涌流闭锁判据之一的二次谐波制动原理,研究了该原理在发生和应涌流时,不同电流互感器(TA )传变特性下的适用性,指出由于和应涌流引发的TA 局部暂态饱和是导致差动保护误动的重要因素。
最后针对和应涌流可能引起的误动提出了相应的防范措施。
1 和应涌流分析1.1 和应涌流的分类和应涌流按其产生情况大致可分为2种[4]:①并联型和应涌流,即2台变压器并联,其中一台空载合闸时,另一台产生和应涌流;②级联型和应涌流,即2台变压器级联,当末端变压器空载合闸时,前一级变压器产生和应涌流。
2种和应涌流的电气接线如图1所示。
图1 发生和应涌流时电气连接Fig.1 E lectrical conf iguration used to analyzesymp athetic inrush for transformers1.2 和应涌流的产生机理以图1(a )所示2台Y ,d 接线方式的变压器并联情况为例,其等效电路模型如图2所示(假设T1空载),简述和应涌流的产生过程[4]。
T2空投前,T1正常运行,没有偏磁,Y 侧线电流为正常负荷电流,系统电流i s =i 1。
T2空投后,产生励磁涌流i 2,此时T1还未饱和,T1空载运行,i 1=0,i s =i 2。
分别列写T1和T2的磁链方程如下:d Ψ1d t =u s -L s d i 2d t -r s i 2(1)d Ψ2d t =u s -L s d i 2d t-(r s +r 2σ)i 2(2)第33卷 第3期2009年2月10日Vol.33 No.3Feb.10,2009图2 和应涌流等效电路模型Fig.2 Equivalent circuit of sympathetic inrush考虑各物理量的性质,对式(1)、式(2)两边进行一个周期的积分,可得T1和T2的偏磁分别为:ΔΨ1=-r s 2πi 2f (3)ΔΨ2=-(r s +r 2σ)2πi 2f (4)式中:i 2f 表示i 2的非周期分量。
由式(3)、式(4)可知,励磁涌流i 2的非周期分量在系统电阻上产生的压降是导致运行变压器T1发生偏磁的根本原因,偏磁ΔΨ1和ΔΨ2具有相同的变化趋势。
假设i 2为正向励磁涌流(i 2f >0),经过几个或十几个周期后,随着ΔΨ1的逐渐累积,使T1磁链Ψ1达到负向饱和点,如图3(b )所示,从而产生和应涌流;由于ΔΨ1和ΔΨ2具有相同的变化趋势,随着ΔΨ2的累积,合闸变压器T2磁链Ψ2逐渐减小,如图3(a )所示,产生的励磁涌流呈逐渐衰减趋势。
图3 磁链变化示意图Fig.3 V ariation of transformer flux由上述分析可知,Ψ1与Ψ2的变化规律相同,在T2发生正向饱和时,T1不会饱和,只会发生负向饱和,和应涌流与励磁涌流方向相反并在时间上交错。
此外,由于偏磁累积使T1达到饱和总要有一个过程,因此,如果产生和应涌流,一定是在邻近变压器发生合闸操作后的几个或十几个周期才会出现。
和应涌流与励磁涌流的波形如图4所示。
1.3 和应涌流的特征根据前述分析,和应涌流具有如下特征:1)和应涌流是在空投变压器发生合闸操作后的几个或十几个周期后出现,和应涌流的幅值先增大图4 和应涌流与励磁涌流Fig.4 Sympathetic inrush and m agnetizinginrush current再减小,衰减速度比常规的励磁涌流缓慢;2)和应涌流与励磁涌流的方向相反,并在时间轴上交错;3)和应涌流的产生从本质上讲,是由于偏磁累积导致变压器饱和而引起,因此和应涌流的波形特征与常规的励磁涌流并无显著差异,例如:呈现尖顶波,具有间断角等特征,只是变化趋势和衰减速度不同而已。
根据特征3,笔者认为:如果可以保证TA 的线性传变,那么已有的某些励磁涌流鉴别方法也应该适用于和应涌流的鉴别。
以二次谐波制动为例,图5给出了一组和应涌流波形及其二次谐波含量的计算结果。
由图5可以看出,虽然和应涌流与常规励磁涌流的变化趋势不同,但其波形中仍然保持了较高的谐波分量,利用二次谐波判据能够可靠制动。
因此,从产生机理来看,和应涌流本身应该不会引起差动保护的误动,近年来现场出现的误动案例,必然与其他因素有关,TA 的暂态传变特性就是其中的一个重要因素[6]。
图5 和应涌流及其二次谐波含量Fig.5 Sympathetic inrush and its 2nd harmonic2 TA 传变特性对和应涌流鉴别的影响2.1 TA 暂态饱和的影响发生和应涌流时,一方面,和应涌流中含有较大的衰减非周期分量,另一方面,由于运行变压器T1与合闸变压器T2之间和应作用的影响,使和应涌流与励磁涌流中非周期分量的衰减速度大为减缓,容易使TA 发生暂态饱和。
如图6所示,图6(a )给出了一组和应涌流波形,在0136s 左右TA 发生暂态饱和,图6(b )给出相应的二次谐波分析结果。
由图6(b )可以看出,TA 暂态饱和后的二次谐波含量・研制与开发・ 郑 涛,等 和应涌流对差动保护的影响因素分析及防范措施明显升高。
该特点与有关文献的研究结论相吻合[7]。
因此,二次谐波制动判据即使在TA 发生暂态饱和情况下,也能够闭锁差动保护。
但对于那些受TA 饱和影响较为敏感的判据(如间断角原理),则可能会带来不利影响。
图6 TA 暂态饱和时和应涌流及其二次谐波含量Fig.6 Sympathetic inrush and its 2nd harmonic whilecurrent transformer transient saturation occurs2.2 TA 局部暂态饱和的影响近年来,TA 局部暂态饱和现象引起了人们的关注[829]。
TA 局部暂态饱和是指由于某种原因使TA 铁芯磁通工作在饱和点附近的一个局部磁滞回线内,如图7所示。
此时励磁电流近似为正弦波,从而使TA 一次电流和二次电流之间产生一定的幅值与相位差。
以图1(a )所示并联型和应涌流为例,分析TA 局部暂态饱和的影响。
发生和应涌流时,由于波形中含有大量的非周期分量且衰减缓慢,随着时间的累积,涌流侧TA 铁芯磁通逐渐接近或达到饱和点,若此时和应涌流已衰减至较小数值,计及负荷电流的影响,TA 铁芯磁通就工作在饱和点附近的一个局部磁滞回环内,导致TA 局部暂态饱和的发生。
此时变压器差动电流(仅考虑一侧TA 饱和情况)即为TA 局部暂态饱和而产生的励磁电流,该电流近似为正弦波,其谐波含量少,二次谐波制动判据有可能失效,导致误动发生。
图7 TA 局部暂态饱和Fig.7 Diagram of current transformer partialtransient saturationTA 局部暂态饱和过程的仿真如附录A 图A1所示。
附录A 图A2给出了相应的差流波形及其二次谐波含量。
由图中可以看出,015s 之后和应涌流衰减至较小数值,而此时TA 铁芯磁通已累积至饱和点附近,由于传变负荷电流的需要,此时TA 铁芯磁通就工作在饱和点附近的一个局部磁滞回环内,导致TA 局部暂态饱和发生。
TA 发生局部暂态饱和后,差流中二次谐波含量减小,随着和应涌流进一步衰减,017s 之后二次谐波含量低于20%,二次谐波制动判据失效,差动保护误动。
3 和应涌流防范措施3.1 加强二次谐波闭锁判据目前,工程上还没有专门应对和应涌流的措施,当发生和应涌流时,常规的励磁涌流闭锁判据也就担负起闭锁差动保护的重任。
二次谐波制动是众多涌流闭锁判据之一,前述分析表明,发生和应涌流时,绝大多数情况下,二次谐波原理均能够闭锁差动保护。
另外,考虑到和应涌流持续周期较长,若在和应涌流期间,又发生区内故障,能否实现保护的快速开放,也是衡量判据性能的一个重要指标。
对此,本文也进行了仿真分析,如附录A 图A3所示。
附录A 图A3给出了变压器产生和应涌流期间,星形侧区内又发生接地短路的仿真结果。
图中,013s 发生A 相经100Ω过渡电阻接地短路,此时差流为故障电流与和应涌流的合成,对其进行谐波分析,结果如附录A 图A3(b )所示。
和应涌流期间,二次谐波含量较高,能够可靠闭锁差动保护,而故障后的差流二次谐波含量低于20%,保护开放。
考虑过渡电阻较大的情况,二次谐波原理将会受到一定程度的影响,此时故障电流较小,和应涌流在差动电流中占据较大比重,二次谐波含量较高,但随着和应涌流逐渐衰减,差流中的二次谐波含量逐渐降低,经一定延时后可以开放差动保护。
附录A 图A4给出了和应涌流期间,区内发生经高阻(300Ω)接地故障的仿真示例。
前述分析表明,发生和应涌流时,二次谐波判据在多数情况下能够闭锁差动保护,而当和应涌流期间又发生内部故障时,能够开放保护。
因此,二次谐波判据不管是在励磁涌流还是在和应涌流闭锁方面均能发挥重要作用。
