電力變壓器勵(lì)磁涌流判據(jù)的思考

近年來,我國(guó)超高壓、大容量電力變壓器不斷投產(chǎn),遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)越來越多地建成和安全運(yùn)行,電力工業(yè)已有了可喜的發(fā)展。差動(dòng)保護(hù)作為電力變壓器的主保護(hù),其理論根據(jù)是基爾霍夫電流定律,對(duì)于純電路設(shè)備,差動(dòng)保護(hù)無懈可擊。但是,對(duì)于變壓器而言,由于內(nèi)部磁路的聯(lián)系, 本質(zhì)上不再滿足基爾霍夫電流定律,變壓器勵(lì)磁電流成為差動(dòng)保護(hù)不平衡電流的一個(gè)主要來源。變壓器過勵(lì)磁時(shí)，勵(lì)磁電流可達(dá)到變壓器額定電流的水平;空載變壓器投入電網(wǎng)或變壓器外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí),其暫態(tài)勵(lì)磁電流(即勵(lì)磁涌流)值有可能達(dá)到變壓器額定電流的6～8倍，這樣大的不平衡電流必然導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。因此, 變壓器差動(dòng)保護(hù)的主要問題一直集中在，如何準(zhǔn)確判別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流。本文將和大家一起探討變壓器勵(lì)磁涌流的常用判據(jù)，并對(duì)新方法進(jìn)行探討。

1電力變壓器常用勵(lì)磁涌流的判據(jù)及特點(diǎn)

1.1僅利用電流量判別涌流

電流波形特征識(shí)別法一直是人們研究的熱點(diǎn),目前仍占據(jù)主流。該方法以勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流波形特征的差異為依據(jù), 已運(yùn)用于實(shí)踐的有二次諧波制動(dòng)原理和間斷角原理。

1.1.1二次諧波制動(dòng)原理

二次諧波制動(dòng)法是計(jì)算差流中的二次諧波分量, 若其值較大則判定為涌流, 常用的判別式為:

二次諧波制動(dòng)原理簡(jiǎn)單明了, 有多年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn), 目前國(guó)內(nèi)外實(shí)際投入運(yùn)行的微機(jī)變壓器保護(hù)大都采用該原理。但是, 采用二次諧波制動(dòng)原理的變壓器保護(hù), 面臨著以下幾個(gè)問題:

a勵(lì)磁涌流是暫態(tài)電流, 不適合用傅里葉級(jí)數(shù)的諧波分析方法。因?yàn)閷?duì)于暫態(tài)信號(hào)而言, 傅里葉級(jí)數(shù)法的周期延拓將導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)果。

b很難適當(dāng)選擇制動(dòng)比K。美國(guó)西屋公司的制動(dòng)比為7.0% ~ 7. 5%, 但ABB 取10% , 我國(guó)和大部分國(guó)家則取15%~ 20%[4] ,誰(shuí)更科學(xué)較難評(píng)判。

c現(xiàn)代變壓器磁特性的變化, 使得涌流時(shí)二次諧波含量低, 導(dǎo)致誤動(dòng);而大容量變壓器、遠(yuǎn)距離輸電的發(fā)展, 使得內(nèi)部故障時(shí)暫態(tài)電流產(chǎn)生較大的二次諧波, 導(dǎo)致拒動(dòng)。

1.1.2間斷角原理

間斷角原理是由我國(guó)率先提出并制成樣機(jī)的,其模擬式保護(hù)裝置已經(jīng)得到應(yīng)用，其判別依據(jù)是勵(lì)磁涌流波形中存在較大的間斷。一般采用間斷角為65°,波寬為140°作為判別邊界值，即當(dāng)差流的間斷角大于65°時(shí),判別為勵(lì)磁涌流;當(dāng)間斷角小于65°且波寬大于140°時(shí),則判別為內(nèi)部故障,保護(hù)裝置短時(shí)開放差動(dòng)繼電器出口。

不過,間斷角原理也面臨著兩個(gè)非常棘手的難題：

a如何正確測(cè)量間斷角的問題。涌流間斷角處的電流非常小, 幾乎接近于0，需要CPU以較高的采樣率以準(zhǔn)確測(cè)量間斷角;

b CT 的傳變引起間斷角的波形變形問題。

鑒于以上原因,目前利用間斷角原理的變壓器微機(jī)保護(hù)很少見。

1.2僅利用變壓器電壓量判別涌流

當(dāng)變壓器勵(lì)磁涌流出現(xiàn)嚴(yán)重飽和時(shí)，端電壓會(huì)發(fā)生嚴(yán)重畸變，其中包含大量的諧波分量，可以用來鑒別勵(lì)磁涌流，原理如下：

如果變壓器三相電壓滿足下列條件是，判別為勵(lì)磁涌流保護(hù)閉鎖：

理的保護(hù)動(dòng)作特性可能會(huì)變壞。