陈 勇

（攀钢集团钛业有限责任公司，四川 攀枝花 617000）

1 引言

当变压器空载合闸时会产生励磁涌流，如图1:

设系统电压

图1 励磁涌流原理图

合闸瞬间在变压器铁芯中产生的磁通:

Φ＝Φmsinwt，马上进入稳态运行，没有励磁涌流。

（2）t＝0，a＝0时合闸:

此时励磁电流if可达额定励磁电流100倍，即:

而额定励磁电流约等于额定电流的3%，即:

所以:if＝3iN。

而这是在变压器没有剩磁的理想情况下推出的结论，如果变压器有剩磁时合闸，励磁涌流会更大，可达10倍额定电流。

当空载合闸时励磁涌流只出现在高压侧，这样会产生很大的差动电流，引起差动保护误动。

图2 变压器励磁涌流的产生机理

2 励磁涌流识别方法:波形识别

3 励磁涌流对变压器差动保护的影响及以往解决措施

（1）利用励磁涌流中的非周期分量使继电器铁芯饱和，自动地提高保护的动作电流，如过去用速饱和铁芯的差动继电器。

（2）利用延时动作或提高保护动作值来躲过励磁涌流。但前者失去了速动的优点，后者降低了保护动作的灵敏度。

（3）用短路电流和励磁涌流波形的差别来躲过励磁涌流。

3.1 变压器保护的励磁涌流判据

3.1.1 差动保护二次电流调整

目前国内外的变压器差动保护都采用Y－＞Δ变换调整变压器差动各侧TA二次电流相位。经过深入研究与实验，我们发现采用Δ－＞Y变换调整变压器差动各侧TA二次电流相位更为合理。

主变保护装置的励磁涌流判据可采用分相闭锁原理。这种方法有利于加快变压器区内故障的差动保护动作速度，尤其是空投主变时发生内部故障时。现场运行的装置中，空投于匝间故障变压器时，这一保护已有多次快速动作记录。并且从录波分析来看，如果采用“或”制动的涌流闭锁方式将在很长一段时间内不能开放差动保护。

3.1.2 变压器保护励磁涌流判据

由于剩磁等因素影响，励磁电流中可能有直流分量，它保持偏于时间轴的一侧，而励磁电流偏于时间轴一侧的这一特点使磁通对励磁电流变化的磁滞回线不与坐标原点相对称，因此励磁阻抗在励磁电流正、负半周是不对称的，这就意味着励磁电流含有一定分量的偶次谐波分量。但若没有直流分量，磁通中随励磁电流变化的磁滞回线对坐标原点相对称，即使磁通进入饱和区，励磁电流的波形也因出现一定分量的奇次谐波分量而发生畸变。

保护装置中的差动保护会设有两种励磁涌流闭锁原理。第一种是采用三相差电流中的二次、三次谐波的含量即谐波制动来识别励磁涌流；第二种是利用波形畸变识别励磁涌流。当三相中某一相被判别为励磁涌流，只闭锁该相比率差动元件。

3.1.3 增强变压器保护励磁涌流识别能力的新判据

目前国内应用的变压器大多采用了磁化特性较”硬”的铁芯材料，这些变压器在空充时差电流中的谐波含量常低于传统的变压器。并且从现场反馈的情况看，投运前主变进行高压试验（特别是测量直阻）后会给变压器铁芯带来较为严重的剩磁，往往在这种情况下空投主变时二次谐波含量过低，这就对励磁涌流识别方法提出了新的要求，仅仅依靠单一的二次谐波含量判据是难以在空充时正确闭锁差动保护的。

在进一步研究的基础上，变压器保护在二次谐波涌流判据上增加了以下功能:

（1）涌流浮动门槛定值功能。投入该功能的情况下，空充变压器过程中，保护自适应的采用浮动的励磁涌流二次谐波闭锁定值，即首先降低谐波闭锁定值，然后随时间逐步向用户整定的定值靠近。

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（2）谐波趋势判据。大量数据分析表明，空投变压器时，二次谐波含量存在一个逐渐上升的趋势，通过算法来捕捉这个趋势，如果满足条件则认为是励磁涌流。

（3）涌流循环闭锁功能。在两相差电流二次谐波含量较高的情况下，对差动保护闭锁一段时间，提高装置躲避励磁涌流能力；同时空投于轻微故障情况下循环闭锁功能起作用情况下也不会过多的增加保护动作时间。

励磁涌流识别的难点在于“励磁涌流的识别”和“空投于内部故障变压器情况下要求保护快速跳闸”是一对互相矛盾的存在，现场和动模大量数据表明:

（1）某些正常变压器励磁涌流情况下的二次谐波含量常常比空投到内部故障下的变压器二次谐波含量还要低；

（2）曾出现过变压器内部故障时，二次谐波含量较高的情况。

针对以上励磁涌流波形和故障波形的特征比较相近的情况，保护装置采用的励磁涌流判据必须非常可靠。如果片面追求提高差动保护的励磁涌流闭锁能力，将很可能导致空充于故障变压器时差动保护长时间不能动作，或者可能出现由于TA饱和导致励磁涌流判据闭锁差动保护、而引起的内部故障时差动保护拒动的事故。

根据调查，发现全国500kV变压器空充情况下，由于躲避励磁涌流失败导致差动保护动作的情况极少，但在官厅变的750kV变压器出现了两次空投C相差电流二次谐波含量极低的情况，导致了保护躲避励磁涌流失败。在差电流二次谐波含量如此低（1%～2%），并且在一段时间之内基本不发生变化的情况下是否需要采取很强的闭锁措施来闭锁保护是一个需要仔细商榷的问题。

4 判断变压器是否存在故障的方法

获取装置中的录波数据后，一般可以从以下几个方面推测变压器是否存在内部故障:

（1）电压是否有明显的跌落或者波形畸变，如果存在，变压器故障的可能性较大。

（2）差电流中的二次谐波含量在空充情况下是否随着时间推移有所增加，如果增加，一般为正常变压器空充。（这种方法仅在空充初始时刻某一相差电流谐波含量较小的情况适用）。

（3）三相励磁涌流的幅值差异是否较大，如果是，则发生的故障可能性较大。

（4）涌流的幅值是否较大，如果是，则发生故障的可能性较大。以上几点需要根据现场反馈的经验总结得出的，由于保护装置录取的波形不一定能完全反映变压器的实际状况，最可靠的方法还是对变压器本体的油样进行分析。

［1］周鹤良.电气工程师手册［M］.中国电力出版社，2008.

［2］刘介才.工厂供电［M］.机械工业出版社，1997.

［3］杨红.电力系统继电保护［M］.西南交通大学出版社，2009.