杜继伟，陈 军

（1.四川省电力公司 遂宁公司，四川 遂宁 629000；2.四川省电力公司 调度控制中心，四川 成都 610041）

变压器励磁涌流是电力系统关注的热点问题之一，很多文献［1-6］研究了励磁涌流现象，并推导了励磁涌流产生的数学模型，尤其对励磁涌流与故障电流的区别.少量文献［6-9］研究了在变压器之间产生的和应涌流现象以及其对保护的影响.因此，笔者对变压器并联和应涌流产生机理进行分析，描述内桥接线变电站的主接线图和CT接线，讨论励磁涌流对差动保护的影响；进一步深入研究和应涌流对差动保护的影响，尤其与CT饱和特性、差动保护的制动方式、运行变压器所带负荷、CT二次接线等密切相关；提出一些措施来改善内桥接线变压器差动保护性能.

1 并联和应涌流

如图1所示，2台并联变压器T1和T2中，T2空载合闸，T1在运行中.

图1 并联变压器模型Figure 1 Parallel transformer model

断路器s闭合前，系统电流is＝i1，此时系统处于稳定状态；断路器s闭合时，系统电流is＝i1＋i2，此时系统处于暂态状态，i2为T2的励磁涌流.T1，T2的电压方程分别为

对式（1）两边积分，得出在一个周期中T1，T2磁通变化量分别为

由式（2）可知，合闸后，T2很快达到饱和，i1相对i2很小且对称，不足以导致磁通变化，此时T1，T2的磁通变化主要决定于i2；随着T1变压器偏磁负向积累，达到轻度饱和时，i1开始与i2相反方向且交替半周逐渐增加，从而产生和应涌流.如图2所示，和应涌流产生初期，T1变压器偏磁仍然继续负向积累，i1也不断增加，直到T1变压器完全饱和，即Δφ1变为零时，

i1不再增加，达到最大值，此时Δφ1的极性变为与Δφ2一致，i1与i2一样开始衰减，但仍然极性相反，直到稳定.

根据上述分析可知，变压器T1和T2之间通过系统等效电阻rs上的压降建立耦合关系，并且在保持2个变压器饱和过程中，rs起着双重作用，即一个周期中，前半周期i1在rs上的压降迫使T2中的补偿磁通呈上升趋势，从而i2呈上升趋势；后半周期i2在rs上的压降迫使T1中的补偿磁通呈反方向上升，因此i1也呈反向上升趋势.T1变压器中产生的A，B，C三相和应涌流波形仿真结果如图2所示.

图2 T1变压器中产生的A，B，C三相和应涌流波形Figure 2 Three phase sympathetic current waveforms produced by transformer T1

2 内桥接线变电站

内桥接线变电站的主接线如图3所示，L1，L2是变电站2条进线，CT1，CT2为电流互感器，QF1，QF2为2条进线断路器，QF3为内桥断路器，QS1，QS2为隔离刀闸.T1，T2变压器容量（40MV·A）和型号均相同；接线形式为Yn／Yg／D11，变压器高／中／低压侧额定电压为110kV／37kV／10.5kV.其中中压侧35kV、低压侧10kV母线无负荷.

在图3中，有3种常用运行方式：

1）当断路器QF1，QF2，QF3都合上时，进线L1和L2并列运行给T1，T2供电；

2）当断路器 QF1，QF2都合上、QF3断开时，进线L1和L2分列运行，分别给T1，T2供电.例如，当线路L2故障时，QF2跳闸，母联备自投装置自动合上QF3，在这种情况下，T2中产生励磁涌流，随后在T1中产生和应涌流；

3）当T1或T2检修时，L1和L2并列运行给T1或T2供电.以T2检修为例，当用QF3给T2送电时，T2中产生励磁涌流，随后T1中产生和应涌流；当用QF2给T2送电时，T2中产生励磁涌流.T1检修与T2检修类似.

图3 内桥接线变电站电气主接线Figure 3 Main electrical wiring diagram of internal bridge connection substation

3 涌流对内桥接线变压器差动保护的影响

3.1 励磁涌流对差动保护的影响

变压器空载合闸时，将产生励磁电流，可达到额定电流的10倍.励磁电流的产生与合闸角、剩磁、饱和磁通以及系统阻抗等密切相关.通过傅立叶谐波分析计算出三相励磁涌流中的二次谐波含量（与基波比值），如图4所示.

图4 三相励磁涌流二次谐波含量Figure 4 Proportion of second harmonic in inrush current

励磁涌流二次谐波含量各相有差异，特别是，当饱和磁通是额定磁通的1.2～1.3倍时，某一相或三相的二次谐波含量可能小10%，即小于整定值15%～20%，或者更低至7%.这时，采用二次谐波制动的差动保护有可能误动作.

3.2 和应涌流对差动保护的影响

在上述运行方式2和3产生的和应涌流均伴随着励磁涌流的出现.在图5中，ia1表示CT1一次电流，为T2变压器励磁涌流和T1变压器和应涌流的和电流；ia2表示CT2一次电流，为T2变压器励磁涌流；id表示差电流，如果不考虑CT饱和等情况（理想情况下），id实际上为T1变压器的和应涌流.

图5 和应涌流对差动保护影响的分析波形Figure 5 The waveforms of sympathetic current influence on differential protections

从图5中的ia1波形可以看出，波形趋于对称并大多数非周期分量衰减很快.因此，CT1在传变的过程中几乎不饱和，传变到二次侧的电流将不会发生畸变.然而，从图5中的ia2波形可知，ia2波形有很大偏移，衰减缓慢，并且含有很多衰减很慢的非周期分量.这种情况下，若CT2发生饱和，CT2的二次电流波形将发生畸变，波形也有正、负偏移.相应地，id差电流将有交替，出现正、负半波，间断角消失.若CT2严重饱和，二次谐波也有所下降.如果采用二次谐波、间断角、波形对称闭锁等方式，正常运行变压器差动保护可能发生误动，因此，变压器各侧的CT饱和程度、特性将影响和应涌流传变特性，进而影响差动电流的大小（即影响差动保护的动作）.

图5中给出了每相差电流中二次谐波含量，二次谐波含量与和应涌流波形密切相关.从波形图上可知，二次谐波含量在同时刻各相含量各不相同，有时各相的二次谐波含量曲线出现时刻也不同.若差动采用二次谐波制动并且是分相制动方式，差动保护可能因为某一相或两相二次谐波含量低于15%（一般整定为15%～20%）而误动.因此，各相和应差电流中同时刻二次谐波含量差异对差动保护可能造成误动.

另外，和应涌流与运行变压器的所带负载大小相关.负载越大，和应涌流幅值越小，出现也相对较晚；负荷越小，差动保护就越容易误动［13］.因此，运行变压器负荷大小对和应涌流的大小有影响，进而影响差动保护的动作情况.

在现场保护装置的应用中，有的保护装置厂家为了提高差动保护切除内部故障的速度，只要差动保护装置在检测到负荷电流或电压时（即正常运行时），就设置自动退出涌流制动环节.若出现和应涌流时，正常运行变压器的差动保护可能误动.

内桥CT二次接线有2种方式，分别为“和”和“差”接线方式，如果采用的接线方式不同，涌流对差动保护动作影响的结果也不同.

采用“和”接线方式：

采用“差”接线方式：

式（4）、（5）中Idz为动作电流；Izd为制动电流为进线电流为桥开关CT电流；，分别为中低压测电流为T1变压器的和应涌流.

如图6所示，对变压器T2空投时，变压器T1的差动保护如果采用“和”接线方式，其制动特性如式（4），制动电流几乎是变压器T2励磁涌流的两倍，动作电流几乎为T1变压器产生的和应涌流（不考虑其他因素，此时的励磁涌流对于T1的差动保护来讲是穿越电流），由于励磁涌流很大，可能使其制动曲线进入制动区，即使二次谐波等闭锁失灵，运行变压器T1可能不误动.如果采用“差”接方式后接入变压器，其特性如式（5），制动电流和动作电流几乎都为T1变压器产生的和应涌流，其动作特性为45°斜率的直线，二次谐波等闭锁不可靠时，和应涌流更容易造成差动保护误动，也即是说“差”接线方式下，无论是区外故障还是和应涌流，对运行变压器差动保护误动影响更大.因此，“差”接方式下，和应涌流对内桥接线差动保护影响更大.

图6 三段折线制动特性Figure 6 Brake characteristic with three parts of broken line

4 结语

笔者介绍了变压器和应涌流产生的机理、内桥接线变电站主接线图以及CT接线图；深入讨论了励磁涌流和和应涌流对内桥接线差动保护影响.为应对和应涌流造成差动保护误动，提出了应对措施.

1）在方式安排上，避免安排可能产生和应涌流的操作以及运行方式.

2）在设备选型上，尽量选择不易饱和的电流互感器（TYP级或成熟的电子互感器），或选择差动保护装置时要求差动保护中有鉴别CT饱和的环节；在现场接线上，尽量采用进线CT和内桥CT分别进入保护装置，既可以降低区外故障时差动保护误动，又可以降低和应涌流造成差动保护误动的可能.

3）二次谐波制动方式尽可能选择“或”制动方式，可以降低差动保护误动；在保护装置开发方面上，厂家应该采用更先进的涌流鉴别手段.

4）保护整定时，在满足保护灵敏度的前提下，保护动作电流可以适当提高到 （0.4～0.5）Ie（变压器额定电流），差动拐点也可适当提前.

5）内桥接线方式下，现场保护装置CT接线尽量采用“差”接方式.

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