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电力变压器的励磁涌流判据及其发展方向 张志刚 近年来，我国的超高压、大容量电力变压器不断投产，远距离输电系统越来越多地建成、运行，电力工业已有了可喜的发展。但是，国内变压器保护的发展却远远落后，其保护正确动作率长期偏低。造成这一结果的原因有管理上的不足，有当前工作人员的素质问题（设计、制造、整定调试、运行维护诸方面的失误），但最主要的是由于电力变压器继电保栌技术上的缺陷。 差动保护一直是电力变压器的主保护，其理论根据是基尔霍夫电流定律，对于纯电路设备，差动保护无懈可击。所以，在发电机和线路保护的应用中，差动保护写下了辉煌的一页，但是，对于变压器而言，由于内部磁路的联系，本质上不再满足基尔霍夫电流定律，变压器励磁电流成了差动保护不平衡电流的一种来源。然而，大型电力变压器正常运行时的励磁电流通常低于额定电流的1%，所以适当设定差动保护动作值仍可准确区分变压器内部故障与外部故障。但是，电力变压器运行条件复杂，过励磁时励磁电流可达额定电流的水平，空载合闸或者变压器外部短路被突然切除而端电压突然恢复时，暂态励磁电流（即励磁涌流）的大小有时可与短路电流相比拟。这样大的不平衡电流必然导致差动保护误动，为此，变压器差动保护的主要矛盾一直集中在准确鉴别励磁涌流和内部故障电流上。 围绕电力压器励磁涌流的各种判别方法的原理、优缺点及应用情况和前景进行了分析与评判。 1电流波形特征识别法 电流波形特征识别法一直是人们研究的热点，目前仍占据主流。该方法以励磁涌流和内部故障电流波形特征的差异为依据，已运用于实践的有二次谐波制动原理和间断角原理，新近提出的有采样值差动原理、波形对称原理‘阳、波形叠加原理‘刀、波形相关性分析法和波形拟合法。其中，采样值差动原理是间断角原理的衍生，波形对称原理是间断角原理的改进，而波形叠加原理、波形相关性分析法和波形拟合法则是波形对称原理的衍生或改进。 1.1二次谐波制动原理 二次谐波制动法是计算差流中的二次谐波分量，若其值较大则判定为涌流，常用的判别式为： 式中：：和。，分别为差流中的二次谐波和基波幅值；K为二次谐波制动比。 二次谐波制动原理简单明了，有多年的运行经验，目前国内外实际投入运行的微机变压器保护大都采用该原理。但是，采用二次谐波制动原理的变压器保护，面临着以下几个问题： a励磁涌流是暂态电流，不适合用傅里叶级数的谐波分析方法。因为对于暂态信号而言，傅里叶级数法的周期延拓将导致错误的结果。 b很难适当选择制动比K。美国西屋公司的制动比为7.0%～7.5%，但ABB取10%，我国和大部分国家则取15%～20孵l_。谁更科学较难评判。 c现代变压器磁特性的变化，使得涌流时二次谐波含量低，导致误动；而大容量变压器、远距离输电的发展，使得内部故障时暂态电流产生较大的二次谐波，导致拒动。 1.2间断角原理 间断角原理利用了涌流波形有较大间断角的特征，通过检测差流间断角的大小实现鉴别涌流的目的。该原理的模拟式保护装置已得到应用，但面临着因电流互感器传变引起的间断角变形问题。当电流互感器饱和时，在涌流的间断角区域将产生反向电流，电流互感器饱和越严重则反向电流越大，最终使得涌流间断角消失；对于内部故障电流而言，电流互感器饱和将导致差流的间断角增大，而且电流互感器饱和越严重，其差流间断角越大。前者将使得变压器发生涌流时差动保护误动，后者将使得变压器内部故障耐差动保护拒动。此外，用微机实现间断角原理时硬件成本高，主要表现在以下2个方面： a．需要较高的采样率以准确测量间断角，结果对CPU的计算速度提出了更高的要求。 b．涌流间断角处的电流非常小，几乎接近于0，而AlD转换芯片正好在零点附近的转换误差最大。因此，需要高分辨率的A/D转换芯片。 1.3 波形对称原理 波形对称原理是利用差电流导数的前半波与后半波进行对称比较，根据比较的结果去判断是否发生了励磁涌流。对称的定义由下式给： 式中：为差电流导数前半波第i点的数值；为后半波对应第i点的数值；K为比较阈值。 当第i点的数值满足时称为对称，否则称为不对称。连续比较半个周期，对于内部故障，式恒成立；对于励磁涌流，至少有1／4周期以上的点不满足式。 该原理基于对励磁涌流导数波宽及间断角的分析，是间断角原理的推广，且比间断角原理容易实现。但是，涌流波形与许多因素有关，具有不确定性、多样性，如果K值取得太大，保护可能误动；而故障电流也并非总是正弦波，实际系统中必须考虑故障情况的多样性和故障波形的复杂性。当系统有分布电容较大的屯缆线路存在时，故障波形中就含有大量的谐波，此时如果K值选得太小，保护就有可能拒动；而且电流互感器饱和必将引起差流变形。 因此，该原理的应用必将遇到如下问题： a．比较阈值K如何确定？应为多大？ b．故障时式(2)不一定总是恒成立，那么应当有多少点满足式时才能判