变压器纵联差动保护中励磁涌流特性分析与应对策略研究.docxVIP

变压器纵联差动保护中励磁涌流特性分析与应对策略研究

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代电力系统中，变压器作为核心设备之一，承担着电压变换、电能分配和传输的关键任务，其安全稳定运行对于整个电力系统的可靠供电至关重要。随着电力需求的持续增长和电网规模的不断扩大，电力变压器的容量和电压等级也在不断提高。例如，在一些大型电力枢纽和跨区域输电工程中，特高压、大容量变压器被广泛应用，这些变压器一旦发生故障，不仅会造成自身设备的损坏，还可能引发大面积停电事故，给社会经济带来巨大损失。据统计，因变压器故障导致的停电事故，每年给电力企业和用户造成的直接和间接经济损失高达数十亿元。

纵联差动保护作为变压器的主保护，能够快速、准确地反应变压器内部绕组、套管及引出线的各种故障，如相间短路、大电流接地系统中的单相接地短路等。其基本原理是通过比较变压器各侧电流的大小和相位，当保护区内发生故障时，差动电流会迅速增大，从而启动保护装置，使断路器跳闸，切除故障。纵联差动保护具有动作速度快、灵敏度高、选择性好等优点，能够在故障发生后的极短时间内做出响应，有效避免故障的扩大，保障电力系统的安全稳定运行。在实际运行中，由于变压器的结构和运行工况复杂，纵联差动保护面临着诸多挑战，其中励磁涌流问题是影响其正确动作的关键因素之一。

励磁涌流是变压器在空载合闸或外部故障切除后电压恢复时，由于铁芯中的磁通不能突变，导致铁芯严重饱和而产生的暂态电流。励磁涌流的幅值可高达额定电流的数倍甚至十几倍，且含有大量的非周期分量和高次谐波，其波形具有明显的间断角和不对称性。当励磁涌流出现时，可能会使纵联差动保护误动作，导致变压器不必要的停电，影响电力系统的供电可靠性。在某些情况下，由于励磁涌流的影响，纵联差动保护误动作的概率可达10%-20%，严重威胁到电力系统的安全稳定运行。因此，深入研究励磁涌流特性及其对纵联差动保护的影响，对于提高变压器保护的可靠性和准确性具有重要的现实意义。

一方面，准确掌握励磁涌流的产生机制、变化规律和影响因素，有助于优化纵联差动保护的整定计算和判据设置，提高保护装置对励磁涌流和故障电流的识别能力，降低误动作率。通过对励磁涌流特性的研究，可以提出更加有效的制动方法和改进措施，如采用二次谐波制动、波形对称原理、间断角原理等技术手段，提高纵联差动保护在励磁涌流情况下的稳定性和可靠性。另一方面，研究励磁涌流特性也为电力系统的规划、设计和运行提供了重要的参考依据。在变压器的选型、安装和调试过程中，充分考虑励磁涌流的影响，能够合理选择设备参数，优化系统运行方式，减少因励磁涌流引起的设备损坏和系统故障，提高电力系统的整体运行效率和经济效益。

1.2国内外研究现状

在变压器纵联差动保护的研究领域，国外起步较早，取得了一系列具有重要影响力的成果。早期，学者们主要围绕差动保护的基本原理和实现方法展开研究，为后续的发展奠定了坚实基础。随着计算机技术和通信技术的飞速发展，国外在变压器纵联差动保护的数字化、智能化方面取得了显著进展。美国、德国等国家的科研团队研发出了高性能的微机差动保护装置，这些装置具备强大的数据处理能力和快速的通信速度，能够实时采集和分析变压器各侧的电气量信息，有效提高了差动保护的动作速度和准确性。在励磁涌流特性研究方面，国外学者也进行了深入的探索。他们通过大量的实验和仿真分析，揭示了励磁涌流的产生机制和变化规律，提出了多种基于不同原理的励磁涌流识别方法，如二次谐波制动原理、波形对称原理等，并将这些方法应用于实际的保护装置中，取得了较好的效果。

国内对变压器纵联差动保护和励磁涌流特性的研究也十分活跃，在吸收国外先进技术的基础上，结合国内电力系统的实际需求和特点，取得了许多创新性成果。在纵联差动保护技术方面，国内学者针对变压器运行过程中出现的各种复杂工况，如变压器分接头调整、铁芯饱和、电流互感器饱和等对差动保护的影响进行了深入研究，提出了一系列自适应调整和优化的方法。通过引入自适应算法，根据变压器的运行状态实时调整保护的定值和判据，有效提高了差动保护在复杂工况下的可靠性和适应性。在励磁涌流特性研究方面，国内学者提出了多种新的识别判据和方法，如基于小波变换、神经网络、模糊逻辑等技术的励磁涌流识别方法。这些方法利用信号处理和智能算法的优势，对励磁涌流的特征进行提取和分析，提高了对励磁涌流和故障电流的识别能力，降低了误动作率。

尽管国内外在变压器纵联差动保护和励磁涌流特性研究方面取得了丰硕成果，但仍存在一些不足之处和有待进一步研究的空白领域。在励磁涌流识别方面，现有的方法在某些特殊情况下，如变压器空投时存在剩磁且合闸角特殊、变压器内部故障与励磁涌流同时发生等，仍存在误判的风险。对于新型变压器，如采用新型铁芯材料、特殊绕组结构的变压器，其励磁涌流特性和对纵联差动保护