励磁涌流产生的原因及应对策略

摘要：

随着经济的发展，电业因其无污染等特点被广泛应用到社会的各方面，变压器作为交流电力系统重要的电气设备，其正常运行直接关系着人民生命财产的安全。本文从变压器励磁涌流释义开始、随后就变压器励磁涌流产生原因进行了分析研究，最后就变压器励磁涌流的应对策略提出了很好的意见。

【关键词】变压器 励磁涌流 二次谐波 间断角

变压器的励磁电流是只流入变压器接通电源一侧绕组的，对纵差保护回路来说，励磁电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路电流。因此，它必然给纵差保护的正确工作带来影响。下面笔者结合工作实际谈一下励磁涌流产生的原理及应对策略。

1.变压器励磁涌流释义

1.1励磁涌流的定义

变压器是一种依据电磁感应原理制造而成的静止元件，是交流输电系统中用于电压变换的重要电气设备。当合上断路器给变压器充电时，有时候，能够观察到变压器电流表的指针有很大摆动，随后，很快又返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常就被称为励磁涌流。

1.2变压器励磁涌流的特点

1.2.1涌流含有数值很大的高次谐波分量（主要是二次和三次谐波），因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。

1.2.2励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过（0.25～0.5）In。

1.2.3一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。

1.2.4励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8～10倍。当整定一台断路器控制一台变压器时，其速断可按变压器励磁电流来整定。

2.变压器励磁涌流产生原因

变压器励磁涌流是由变压器铁心饱和引起的。在铁心不饱和时，铁心磁化曲线的斜率很大，励磁电流近似为零；一旦铁心出现饱和，磁化曲线斜率变小，电流随着磁通线性增长，最终演变为励磁涌流。

现代常用的电力变压器饱和磁通一般设为1.15～1.4，而变压器运行电压一般不应超过额定电压的3%～6%或更小，故纵差保护回路中的不平衡电流也很小。外部短路时，由于系统电压下降，励磁电流也将减小，因此，在稳态情况下，励磁电流对纵差保护的影响常常可忽略不计。然而在电压突然增加的特殊情况下，就可能产生很大的励磁电流，其数值可达额定电流的6～8倍。这种励磁电流就有可能大于饱和磁通，从而造成变压器饱和。

3.变压器励磁涌流的应对策略

目前采用速饱和中间变流器；二次谐波制动的方法；间断角鉴别方法等三种方法来防止励磁涌流引起的纵差保护的误动。

3.1采用差动速断保护

由于差动速断保护有固有动作时间，故动作电流无需避开最大电流，此方案灵敏性低，只适用于小型变压器。 差动保护按照躲开最大不平衡电流进行整定时，带速饱和原理的差动保护能够减少非周期分量造成的保护误动，这种差动保护的核心部分是带短路线圈的饱和中间变流器和差动电流继电器。短路线圈的存在使得在具有非周期分量电流时继电器的动作电流大为增加，从而提高了躲避励磁涌流和外部短路时暂态不平衡电流的性能。

3.2采用带中间速饱和变流器的差动继电器

中间速饱和变流器可以抑制励磁涌流的传变，从而防止保护的误动。但由于内部短路时暂态电流也含有非周期分量，故保护应延时动作。加之由于三相涌流中往往有一相无非周期分量，以致该相速饱和变流器不起作用，这又必须使保护动作值加大，故保护的灵敏性降低。由于这种方法动作迟缓，灵敏性差，只适用于中、小型变压器。

3.3采用二次谐波制动

在励磁涌流中，除基波、非周期分量电流以外，二次谐波电流为最大，这是励磁涌流最明显的特征，因为在其他工况下，很少有二次谐波产生。这是大型变压器差动保护防止励磁涌流的主要措施。二次谐波制动的差动保护原理是调试简便，灵敏度高，在当前变压器纵差保护中应用广泛。但是，在安装有静止无功补偿装置等电容分量比较大的系统，故障暂态电流中也有较大的二次谐波含量，致使差动保护动作速度受到影响。若空载合闸前变压器已经存在故障，合闸后故障相为故障电流，非故障相为励磁涌流，采用三相或门制动的方案时，差动保护必将被闭锁。由于励磁涌流衰减很慢，保护的动作时间可能会长达数百毫秒。这也是二次谐波制动方法的主要缺点。

3.4利用励磁涌流波形具有明显间断角的特征来避免励磁涌流

前面提到，在最初几个波形中，涌流将出现间断角。而变压器内部故障时流入差动继电器的稳态差电流是正弦波，不会出现间断角。间断角鉴别的方法就是利用这个特征鉴别励磁涌流和故障电流，即通过检测差电流波形是否存在间断角，当间断角大于整定值时将差动保护闭锁。间断角制动的保护整定值一般设为65°。对于Y/d接线方式的三相变压器，非对称涌流的间断角比较大，间断角闭锁元件能够可靠的动作，并且裕量充足；而对称性涌流的间断角会小于65°。进一步减小整定值并不是好的方法，因为整定值太小会影响内部故障时的灵敏度和动作速度。由于对称性涌流的波宽等于120°，而故障电流（正弦波）的波宽为180°，因此在间断角判据的基础上再增加一个反应波宽的辅助判据，在波宽大于140°（有20°的裕量）时也将差动保护闭锁。间断角原理由于采用按相闭锁的方法，在变压器合闸于内部故障时，能够快速动作。这一点是比二次谐波制动（三相或门制动）方法优越的地方。对于大型变压器，可以同时采用两种原理的纵差动保护，能够起到优势互补，加快内部故障的动作速度，不失为一种好的配置方案。

目前有两种方案，一种是直接鉴别间断角的大小来判断是励磁涌流还是内部短路。另一种是比较励磁涌流和二次短路电流的变化率。

3.5 在变压器各电压侧的绕组上单独装设差动保护，于是励磁涌流不再进入差动回路。

参考文献：

【1】王维俭，候炳蕴.大型机组继电保护理论基础[M].北京：中国电力出版社，1989.

【2】公茂法，夏文华，李国亮，李微微，崔彦平.利用希尔伯特边际谱鉴别变压器励磁涌流[J].电测与仪表，2012（04）.

【3】陈琛，张举，成敬周.基于分布式神经网络的变压器励磁涌流鉴别的研究[J].继电器，2004（24）.