和應(yīng)涌流條件下變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性分析畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū)

1、 （ 本科畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū)本科畢業(yè)論文說(shuō)明書(shū)題題 目目： 和應(yīng)涌流條件下變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)和應(yīng)涌流條件下變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性分析作特性分析 摘 要隨著越來(lái)越多的超高壓遠(yuǎn)距離輸電線路在我國(guó)的建成和運(yùn)行，大容量變壓器的應(yīng)用也日益增多。電力變壓器在電力系統(tǒng)輸電和配電各個(gè)環(huán)節(jié)中廣泛使用，因此也就對(duì)變壓器保護(hù)的可靠性和速斷性提出了更高的要求。差動(dòng)保護(hù)是變壓器的主保護(hù)，變壓器在空載合閘或外部故障切除后恢復(fù)供電時(shí)，差動(dòng)回路會(huì)流入勵(lì)磁涌流，若差動(dòng)保護(hù)不能識(shí)別并躲過(guò)此電流，就會(huì)發(fā)生誤動(dòng)。因此，勵(lì)磁涌流的識(shí)別一直也是國(guó)內(nèi)外繼電保護(hù)工作者的研究熱點(diǎn)。勵(lì)磁涌流一直是影響變壓器差動(dòng)保護(hù)正確動(dòng)作的原因之一，本文從勵(lì)磁涌流的

2、機(jī)理以及特征出發(fā)，研究了勵(lì)磁涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響。論文最后以?xún)蓡蜗嘧儔浩鞑⒙?lián)運(yùn)行為例，利用勵(lì)磁涌流偏向時(shí)間軸一側(cè)的特點(diǎn)，解釋了和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理及其變化特點(diǎn)，指出和應(yīng)涌流產(chǎn)生的本質(zhì)原因是由于合閘變壓器勵(lì)磁涌流流過(guò)系統(tǒng)電阻使得其它變壓器工作母線電壓偏移，導(dǎo)致鐵心飽和造成的。文中初步分析了各種因素對(duì)和應(yīng)涌流的影響，討論了和應(yīng)涌流對(duì)變壓器保護(hù)的危害，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的防范措施。 關(guān)鍵詞：勵(lì)磁涌流，變壓器，和應(yīng)涌流，MATLAB 仿真 AbstractAs EHV power network is developing rapidly, large capacity power trans

3、formers are used widely in the transmission system and distribution system. Therefore, high performance and high reliability of power transformer protection are required urgently. At present, the main protection of internal faults of the power transformer is the differential protection. When the unl

4、oaded power transformer is switched on the power system or in the process that a fault, outside the protected zone, is cleared, the magnetizing inrush current will ususlly produced. The differential protection relays will maloperate. So it is still a research focus for relaying researchers in the wo

5、rld.Inrush current has been one of the reason which infects the correct operation of the transformer differential protection, then we research how the inrush current influence the transformer differential protection based on mechanism of inrush current , the effects of current compensation.Based on

6、the analysis of sympathetic inrush in operating transformers, the principle and characteristics of sympathetic inrush are explained . It is shown that the inrush current caused by the energized transformer running across the system resistance results in the deviation of voltage in the common node wh

7、ich lead to the saturation of the core of the transformer is the main reason for the sympathetic inrush on the adjacent transformer. Then the influence on transformer protection caused by sympathetic inrush are discussed. Finally, several countermeasure to sympathetic inrush are proposed. KEY WORDS:

8、 INRUSH CURRENT, TRANSFORMER, SYMPATHETIC INRUSH RESULTING,MATLAB SIMULATION目 錄第一章 緒 論.111 本課題的背景知識(shí)及其研究本課題的意義 .112 本文的主要研究工作 .2第二章 變壓器差動(dòng)保護(hù)分析.321 變壓器的故障類(lèi)型和不正正常工作狀態(tài) .322 變壓器差動(dòng)保護(hù) .4221 變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的發(fā)展簡(jiǎn)史.4222 變壓器差動(dòng)保護(hù)的基本原理.523 變壓器差動(dòng)保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀 .7231 變壓器差動(dòng)保護(hù)幾種判別原理簡(jiǎn)述.8232 變壓器差動(dòng)保護(hù)發(fā)展趨勢(shì) .1324 本章小節(jié) .14第三章 勵(lì)磁涌流時(shí)變壓器的狀態(tài)分析

9、與仿真.1531 變壓器勵(lì)磁涌流及鑒別方法 .15311 單相變壓器的勵(lì)磁涌流.15312 三相變壓器勵(lì)磁涌流的特性.173.2 變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流的仿真實(shí)驗(yàn) .19321 仿真模型的建立.19仿真結(jié)果及其分析 .19本章小結(jié).23第四章 變壓器和應(yīng)涌流仿真及分析.2541 和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理和特點(diǎn) .2542 并聯(lián)運(yùn)行變壓器和應(yīng)涌流分析及仿真 .2543 串聯(lián)運(yùn)行變壓器和應(yīng)涌流分析及仿真 .2844 和應(yīng)涌流的出現(xiàn)影響涌流衰減速度的分析 .3145 和應(yīng)涌流的特性 .3146 小結(jié) .32第五章 和應(yīng)涌流對(duì)變壓器后備保護(hù)的影響極其對(duì)策的研究.3351 引言 .3352 和應(yīng)涌流對(duì)變壓器保

10、護(hù)的影響 .3353 應(yīng)對(duì)和應(yīng)涌流現(xiàn)象的一些措施 .355.4 本章小結(jié) .36第六章 結(jié) 論.37謝 辭.38參考文獻(xiàn).39第一章第一章 緒緒 論論11 本課題的背景知識(shí)及其研究本課題的意義在電力系統(tǒng)中廣泛的用變壓器來(lái)升高或降低電壓。變壓器是電力系統(tǒng)中不可缺少的重要電器設(shè)備。它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響，同時(shí)大容量的電力變壓器也是十分貴重的設(shè)備。因此應(yīng)根據(jù)變壓器容量等級(jí)和重要程度裝設(shè)性能良好、動(dòng)作良好的繼電保護(hù)裝置，以防止變壓器大型事故的發(fā)生。近年來(lái)，我國(guó) 220KV 變壓器的正確動(dòng)作率相對(duì)于線路保護(hù)正確率 99%的標(biāo)準(zhǔn)還處在比較低的水平，一直徘徊在 70-80%之間。

11、變壓器保護(hù)誤動(dòng)作情況時(shí)有發(fā)生，給發(fā)電、送電和用電三方都帶來(lái)了很大的直接和間接損失造成這一結(jié)果的原因有管理的不足，有當(dāng)前工作人員的素質(zhì)問(wèn)題（設(shè)計(jì)、制造、整定調(diào)試、運(yùn)行維護(hù)諸方面的失誤） ，但更主要的是電力變壓器繼電保護(hù)在技術(shù)上的缺陷。電流差動(dòng)保護(hù)建立在基爾霍夫電流定律的基礎(chǔ)上，具有另好的選擇性，不但能夠正確區(qū)分區(qū)內(nèi)外故障，而且不需要與其他元件的保護(hù)配合，可以無(wú)時(shí)限的靈敏快速的切除區(qū)內(nèi)各種故障，所以這種保護(hù)被廣泛的應(yīng)用在了線路及其變壓器的主保護(hù)。但是，對(duì)于變壓器而言，由于其內(nèi)部靠磁路聯(lián)系，本質(zhì)上不再滿(mǎn)足基爾霍夫電流定律，變壓器勵(lì)磁電流成了差動(dòng)保護(hù)不平衡電流的一種來(lái)源，這也是變壓器發(fā)生誤動(dòng)作的主要原

12、因之一。然而，大型電力變壓器正常運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流通常低于額定電流的 1%，所以適當(dāng)整定差動(dòng)保護(hù)門(mén)檻值仍可準(zhǔn)確區(qū)分變壓器內(nèi)部故障與外部故障。但是，電力變壓器運(yùn)行條件復(fù)雜，過(guò)勵(lì)磁時(shí)勵(lì)磁電流可達(dá)額定電流的水平，空載合閘或者變壓器外部故障被突然切除后端電壓突然恢復(fù)時(shí)，暫態(tài)勵(lì)磁電流（即勵(lì)磁涌流）的大小有時(shí)可與短路電流相比擬，這樣大的不平衡電流必然導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，所以變壓器縱差保護(hù)面臨的最嚴(yán)重問(wèn)題就是勵(lì)磁涌流。過(guò)去和現(xiàn)在有關(guān)變壓器勵(lì)磁涌流的研究主要集中在如何防止空投變壓器本身勵(lì)磁涌流引起縱差保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題上。大量研究工作已揭示單臺(tái)變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理、波形特征和變化特點(diǎn)，同時(shí)提出多種鑒別勵(lì)磁涌流方法

13、和防止勵(lì)磁涌流引起誤動(dòng)的措施，在實(shí)際應(yīng)用中主要有二次諧波制動(dòng)判據(jù)、間斷角原理判劇和波形對(duì)稱(chēng)判劇等，但這些方法都有其不足之處。因此，進(jìn)一步研究和分析空載合閘勵(lì)磁涌流的特性，并在此基礎(chǔ)上探索快速、準(zhǔn)確地區(qū)分變壓器勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流的新方法以提高變壓器差動(dòng)保護(hù)的性能，是十分必要的。和應(yīng)涌流是指在電網(wǎng)中鄰近的并聯(lián)或串聯(lián)變壓器之間，已經(jīng)工作的變壓器由于其他變壓器的合閘也可能會(huì)產(chǎn)生涌流的現(xiàn)象，該涌流在合閘變壓器涌流持續(xù)一段時(shí)間后才產(chǎn)生，偏向時(shí)間軸的另一側(cè)，然后逐漸增大，達(dá)到最大值后又逐漸衰減。近些年來(lái)，出現(xiàn)了多起由于和應(yīng)涌流引起的空投變壓器導(dǎo)致相鄰變壓器或發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)誤動(dòng)的現(xiàn)象。在產(chǎn)生和應(yīng)

14、涌流的過(guò)程中可能出現(xiàn)二次諧波不大，間斷角消失等現(xiàn)象，造成運(yùn)行變壓器的涌流閉鎖判據(jù)失效，導(dǎo)致運(yùn)行變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。由于運(yùn)行變壓器本身沒(méi)有故障，并且誤動(dòng)是發(fā)生在相鄰變壓器空投完成較長(zhǎng)的一段時(shí)間之后，所以很難查明誤動(dòng)原因，誤動(dòng)原因更具有隱蔽性。雖然和應(yīng)涌流問(wèn)題正逐漸引起繼電保護(hù)界的重視，但對(duì)其發(fā)生和發(fā)展的過(guò)程、影響因素的分析以及產(chǎn)生危害的原因還不是很清楚和完善。這就迫使我們有必要全面研究變壓器和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理、性質(zhì)特點(diǎn)、影響因素，細(xì)致分析危害原因，提出完善的防范措施，實(shí)現(xiàn)變壓器在和應(yīng)涌流下能夠安全穩(wěn)定地運(yùn)行。12 本文的主要研究工作(1)對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的的工作原理，及其背景知識(shí)與發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行

15、了分析與介紹。(2)介紹了變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理及特點(diǎn)。(3)利用 MATLAB 軟件對(duì)勵(lì)磁涌流進(jìn)行了建模仿真實(shí)驗(yàn)。(4)介紹了和應(yīng)涌流現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理及其特點(diǎn)，利用 MATLAB 軟件對(duì)和應(yīng)涌流進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，討論了和應(yīng)涌流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)的危害，并在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的防范措施。第二章 變壓器差動(dòng)保護(hù)分析21 變壓器的故障類(lèi)型和不正正常工作狀態(tài)在電力系統(tǒng)中廣泛的用變壓器來(lái)升高或降低電壓。變壓器是電力系統(tǒng)不可缺少的重要電氣設(shè)備。它的故障將對(duì)供電可靠性和系統(tǒng)安全運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的影響，同時(shí)大容量的電力變壓器也是十分貴重的設(shè)備。因此應(yīng)根據(jù)變壓器 容量登記和重要程度裝設(shè)性能良好、動(dòng)作可靠的繼

16、電保護(hù)裝置。變壓器的故障可分為油箱外和油箱內(nèi)兩種故障。油箱外的鼓掌，主要是套管和引出線上發(fā)生相同短路以及接地短路。油箱內(nèi)的故障包括繞組的相間短路、匝間短路、接地短路以及鐵芯的燒損等。油箱內(nèi)故障時(shí)產(chǎn)生的電弧，不僅會(huì)損壞饒素的絕緣、燒毀鐵芯，而且由于絕緣材料和變壓器油因受熱分解而產(chǎn)生大量的氣體，有可能引起變壓器油箱的爆炸。對(duì)于變壓器發(fā)生的各種故障，保護(hù)裝置應(yīng)能錦葵的放變壓器切除。時(shí)間表明，變壓器套管和因出線上的相間短路、接地短路、繞組的匝間短路是比較常見(jiàn)的故障形式：而變壓器油箱內(nèi)發(fā)生相間短路的情況比較少。變壓器的不正常運(yùn)行狀態(tài)主要有：變壓器外部短路引起的過(guò)電流，負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)額定容量引起的過(guò)負(fù)荷，

17、風(fēng)扇故障或漏油等原因引起冷卻能力的下降等。這些不正常運(yùn)行狀態(tài)回使繞組和鐵芯過(guò)熱。此外，對(duì)于中性點(diǎn)不接地運(yùn)行的星形界限變壓器，外部接地短路時(shí)有可能造成變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓，威脅變壓器的絕緣；大容量變壓器在過(guò)電壓或低頻率等異常運(yùn)行工況下回使變壓器過(guò)勵(lì)磁，引起鐵芯和其他金屬構(gòu)件的過(guò)熱。變壓器處于不正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，繼電保護(hù)應(yīng)根據(jù)其嚴(yán)重程度，發(fā)出告警信號(hào)，使運(yùn)行人員即使發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的措施， ，以確保變壓器的安全。變壓器油箱內(nèi)故障時(shí)，除了變壓器各側(cè)電流、電壓變化外，油箱內(nèi)的油、氣、溫度等非電量也會(huì)發(fā)生。因此，變壓器保護(hù)分電量保護(hù)和非電量保護(hù)兩種。非電量保護(hù)裝設(shè)在變壓器內(nèi)部。線路保護(hù)中采用的許多保護(hù)如過(guò)流保

18、護(hù)、縱差動(dòng)保護(hù)等在變壓器的電量保護(hù)中部有應(yīng)用，但在配置上有區(qū)別。22 變壓器差動(dòng)保護(hù)221 變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的發(fā)展簡(jiǎn)史電流差動(dòng)保護(hù)原理是由 C.H.Merz 和 B.Price 在 1904 年提出的，其理論基礎(chǔ)是基爾霍夫電流定律，它是電力變壓器的主保護(hù)，也是各種電氣元件使用最廣泛的一種保護(hù)方式。自上世紀(jì) 70 年代微處理器的出現(xiàn)，元件保護(hù)進(jìn)入到微機(jī)保護(hù)時(shí)代。國(guó)外在 70 年代即對(duì)變壓器個(gè)別保護(hù)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)開(kāi)展研究。80 年代國(guó)外開(kāi)始研制發(fā)電機(jī)及變壓器整套微機(jī)保護(hù)。1989 年波蘭 Korbasiewcz 發(fā)表了發(fā)電機(jī)變壓器組微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。1990 年印度 Verma 等也發(fā)表了變壓器全套微機(jī)

19、保護(hù)的研究成果。到 90 年代見(jiàn)到正式商業(yè)產(chǎn)品，如 Siemens 及 ABB 公司均已有微機(jī)發(fā)變組全套保護(hù)。我國(guó)微機(jī)元件保護(hù)的研制，是從 80 年代開(kāi)始的。1987 年在我國(guó)首先研制成微機(jī)式發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上于 1989 年開(kāi)發(fā)研制成發(fā)電機(jī)全套微機(jī)保護(hù)，并于 1994 年研制成我國(guó)第一套適用于 60 萬(wàn) kw 及以下容量水、火發(fā)電變壓器組全套微機(jī)保護(hù)。隨后，國(guó)內(nèi)又研制成用于水輪機(jī)發(fā)電機(jī)變壓器組的微機(jī)保護(hù)，1988 年后有多家研制成了變壓器微機(jī)保護(hù)。電氣主設(shè)備內(nèi)部故障的主保護(hù)方案之一是差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用比較簡(jiǎn)單。作為變壓器主保護(hù)，對(duì)其要求有兩方面，即防止外部短路時(shí)不

20、平衡電流及防止勵(lì)磁涌流所致的誤動(dòng)作。但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)將有許多特點(diǎn)和困難，變壓器具有兩個(gè)及更多個(gè)電壓等級(jí)，構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產(chǎn)生的差動(dòng)保護(hù)不平衡電流將比發(fā)電機(jī)的大得多。變壓器每相原副邊電流之差（正常運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流）將作為變壓器差動(dòng)保護(hù)不平衡電流的一種來(lái)源，特別是當(dāng)變壓器過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流可達(dá)變壓器額定電流的水平，勢(shì)必引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。更有甚者，在空載變壓器突然合閘時(shí)，或者變壓器外部短路被切除而變壓器端電壓突然恢復(fù)時(shí)，暫態(tài)勵(lì)磁電流（即勵(lì)磁涌流）的大小可與短路電流相比擬，在這樣大的不平衡電流下，要求差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)，是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜困難的技

21、術(shù)問(wèn)題。正常運(yùn)行中的變壓器，根據(jù)電力系統(tǒng)的要求，需要調(diào)節(jié)分接頭，這又將增大變壓器差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流；變壓器差動(dòng)保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)高、低壓繞組的匝間短路，而匝間短路時(shí)雖然短路環(huán)流中電流很大，但流入差動(dòng)保護(hù)的電流可能不大；變壓器差動(dòng)保護(hù)還應(yīng)能反應(yīng)高壓側(cè)（中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)）經(jīng)高電阻接地的單相短路，此時(shí)故障電流也較??；當(dāng)變壓器繞組匝間短路時(shí)，變壓器仍帶有負(fù)荷，這就是說(shuō)變壓器內(nèi)部短路時(shí)被保護(hù)設(shè)備仍有流出電流，影響保護(hù)的靈敏動(dòng)作。綜上所述，將差動(dòng)保護(hù)用于變壓器，一方面由于各種因素產(chǎn)生較大或很大的不平衡電流，另一方面又要求能反應(yīng)具有流出電流性質(zhì)的輕微內(nèi)部短路，可見(jiàn)變壓器差動(dòng)保護(hù)要比發(fā)電機(jī)等其它元件差動(dòng)保護(hù)復(fù)雜

22、得多。222 變壓器差動(dòng)保護(hù)的基本原理 下圖所示為雙繞組單相變壓器縱差動(dòng)保護(hù)的原理接線圖: LH2I1I2電流差動(dòng)保護(hù)原理是由C.H.Merz和B.Price在1904年提出的，其理論基礎(chǔ)是基爾霍夫電流定律，它是電力變壓器的主保護(hù)，也是各種電氣元件使用最廣泛的一種保護(hù)方式。自上世紀(jì)70年代微處理器的出現(xiàn)，元件保護(hù)進(jìn)入到微機(jī)保護(hù)時(shí)代。國(guó)外在70年代即對(duì)變壓器個(gè)別保護(hù)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)開(kāi)展研究。80年代國(guó)外開(kāi)始研制發(fā)電機(jī)及變壓器整套微機(jī)保護(hù)。1989年波蘭Korbasiewcz發(fā)表了發(fā)電機(jī)變壓器組微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。1990年印度Verma等也發(fā)表了變壓器全套微機(jī)保護(hù)的研究成果。到90年代見(jiàn)到正式商業(yè)產(chǎn)品，如

23、Siemens及ABB公司均已有微機(jī)發(fā)變組全套保護(hù)。我國(guó)微機(jī)元件保護(hù)的研制，是從80年代開(kāi)始的4。1987年在我國(guó)首先研制成微機(jī)式發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上于1989年開(kāi)發(fā)研制成發(fā)電機(jī)全套微機(jī)保護(hù)，并于1994年研制成我國(guó)第一套適用于60萬(wàn)kw及以下容量水、火發(fā)電變壓器組全套微機(jī)保護(hù)。隨后，國(guó)內(nèi)又研制成用于水輪機(jī)發(fā)電機(jī)變壓器組的微機(jī)保護(hù)。1988年后有多家研制成了變壓器微機(jī)保護(hù)。電氣主設(shè)備內(nèi)部故障的主保護(hù)方案之一是差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)在發(fā)電機(jī)上的應(yīng)用比較簡(jiǎn)單。作為變壓器主保護(hù)，對(duì)其要求有兩方面，即防止外部短路時(shí)不平衡電流及防止勵(lì)磁涌流所致的誤動(dòng)作。但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)將有

24、許多特點(diǎn)和困難，變壓器具有兩個(gè)及更多個(gè)電壓等級(jí)，構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)所用電流互感器的額定參數(shù)各不相同，由此產(chǎn)生的差動(dòng)保護(hù)不平衡電流將比發(fā)電機(jī)的大得多。變壓器每相原副邊電流之差（正常運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流）將作為變壓器差動(dòng)保護(hù)不平衡電流的一種來(lái)源，特別是當(dāng)變壓器過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流可達(dá)變壓器額定電流的水平，勢(shì)必引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作。更有甚者，在空載變壓器突然合閘時(shí)，或者變壓器外部短路被切除而變壓器端電壓突然恢復(fù)時(shí)，暫態(tài)勵(lì)磁電流（即勵(lì)磁涌流）的大小可與短路電流相比擬，在這樣大的不平衡電流下，要求差動(dòng)保護(hù)不誤動(dòng)，是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜困難的技術(shù)問(wèn)題。正常運(yùn)行中的變壓器，根據(jù)電力系統(tǒng)的要求，需要調(diào)節(jié)分接頭，這又將增大變壓器

25、差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流；變壓器差動(dòng)保護(hù)應(yīng)能反應(yīng)高、低壓繞組的匝間短路，而匝間短路時(shí)雖然短路環(huán)流中電流很大，但流入差動(dòng)保護(hù)的電流可能不大；變壓器差動(dòng)保護(hù)還應(yīng)能反應(yīng)高壓側(cè)（中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)）經(jīng)高電阻接地的單相短路，此時(shí)故障電流也較??；當(dāng)變壓器繞組匝間短路時(shí)，變壓器仍帶有負(fù)荷，這就是說(shuō)變壓器內(nèi)部短路時(shí)被保護(hù)設(shè)備仍有流出電流，影響保護(hù)的靈敏動(dòng)作。綜上所述，將差動(dòng)保護(hù)用于變壓器，一方面由于各種因素產(chǎn)生較大或很大的不平衡電流，另一方面又要求能反應(yīng)具有流出電流性質(zhì)的輕微內(nèi)部短路，可見(jiàn)變壓器差動(dòng)保護(hù)要比發(fā)電機(jī)等其它元件差動(dòng)保護(hù)復(fù)雜得多。I-IIJI2I1LH12圖圖 2-12-1 雙繞組變壓器差動(dòng)保護(hù)單相原理

26、接線圖雙繞組變壓器差動(dòng)保護(hù)單相原理接線圖I1、I2分別為分別為變壓器依次側(cè)和二次側(cè)的一次電流，參考方向?yàn)槟妇€指向變壓器：I1、I2為相應(yīng)的電流互感器二次電流。流入差動(dòng)繼電器 KD 的差動(dòng)電流為 (2.1)2/1IIIJ縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為 I I (2.2)Jset式中，I為縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作電流；I =為差動(dòng)電流的有效值。setr21II設(shè)變壓器的變比為 nB=U1/U2，若選擇兩側(cè)電流互感器的變比，使之滿(mǎn)足 (2.3)TTATAnnn12式中， n，n分別表示 LH1，LH2 的變比(LH1 指高壓側(cè)，LH2 指低壓側(cè))；1TA2TAn變壓器的變比。T則由 I2=n I1知，式（2.3）可

27、進(jìn)一步表示為： T (2.4) 1212IInnnBTATA由 I1=I1/ n， I2= I2/ n，則當(dāng)正常運(yùn)行或變壓器外部故障時(shí)，有下1TA2TA式成立 (2.5) 221121TATAnInIII忽略變壓器的損耗，正常運(yùn)行和區(qū)外故障時(shí)一次電流的關(guān)系為 I +n I =0,）變2T1為變壓器縱差動(dòng)保護(hù)中電流互感器變比選擇的依據(jù)。由此可見(jiàn)，變壓器差動(dòng)保護(hù)的保護(hù)范圍是變壓器各側(cè)電流互感器所包圍的區(qū)域，理想情況下，當(dāng)且僅當(dāng)該區(qū)域發(fā)生短路故障時(shí)，繼電保護(hù)才動(dòng)作，而正常運(yùn)行或區(qū)外故障時(shí)保護(hù)可靠不動(dòng)作。但實(shí)際上變壓器差動(dòng)保護(hù)由于其自身的特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)時(shí)需要考慮差動(dòng)回路中存在不平衡電流的問(wèn)題：(1)電流

28、互感器不同型產(chǎn)生的不平衡電流。變壓器有兩個(gè)及更多電壓等級(jí),構(gòu)成差動(dòng)保護(hù)所用的電流互感器的額定參數(shù)各不相同，它們的飽和特性和勵(lì)磁電流（歸算到同一側(cè)）也都是不同的。因此，在變壓器的差動(dòng)保護(hù)中將引起較大的穩(wěn)態(tài)不平衡電流。在外部短路時(shí)，這種不平衡電流可能會(huì)很大。(2)由于電流互感器選用的是定型產(chǎn)品，而定型產(chǎn)品的變比都是標(biāo)準(zhǔn)化的，這就會(huì)出現(xiàn)電流互感器的計(jì)算變比與實(shí)際變比不完全相符的問(wèn)題，以至在差動(dòng)回路中產(chǎn)生不平衡電流。(3)電力系統(tǒng)中常用帶負(fù)荷調(diào)整變壓器分接頭的方法來(lái)調(diào)整系統(tǒng)的電壓。調(diào)整分接頭實(shí)際上就是改變變壓器的變比，其結(jié)果必將破壞電流互感器二次電流的平衡關(guān)系，產(chǎn)生了新的不平衡電流。(4)變壓器兩側(cè)三

29、相的接線方式不盡相同，所以其兩側(cè)的電流相位也可能不一致，從而產(chǎn)生不平衡電流。(5)變壓器的勵(lì)磁電流（勵(lì)磁涌流）產(chǎn)生的不平衡電流。因此，變壓器差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為 (2.6)max11bpjniIII 式中： Ijbpmax為差動(dòng)保護(hù)的最大不平衡電流。上述變壓器差動(dòng)保護(hù)中不平衡電流的第一項(xiàng)可通過(guò)合適的差動(dòng)保護(hù)整定值來(lái)躲開(kāi)；對(duì)微機(jī)保護(hù)來(lái)說(shuō)，第二、三、四項(xiàng)不平衡電流可通過(guò)合適的軟件設(shè)置來(lái)消除其影響。而最后一項(xiàng)，即勵(lì)磁電流是不能通過(guò)物理手段或整定值消去的。這是因?yàn)樽儔浩鞑顒?dòng)保護(hù)的范圍不僅包含變壓器各側(cè)的繞組，還包含變壓器的鐵芯，即變壓器差動(dòng)保護(hù)內(nèi)不僅有電路還有磁路，這就違反了差動(dòng)保護(hù)的理論依據(jù)基爾霍夫

30、電流定律。假設(shè)被保護(hù)的變壓器有 n 個(gè)繞組和一個(gè)公共鐵芯，即有 n條電路和一條公共磁路，則有：Ii=Ie,其中 Ii為流入變壓器各端子的1ni電流相量，Ie為變壓器的勵(lì)磁電流。如果認(rèn)為其它不平衡電流已經(jīng)有效的消除或躲開(kāi)，那么 Ie就成了變壓器差動(dòng)回路中的不平衡電流，即流入變壓器的各端子電流相量之和等于變壓器的勵(lì)磁電流。當(dāng)變壓器及所在的系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流很小，一般不超過(guò)變壓器額定電流的 3%5%，外部故障時(shí)，由于電壓降低，勵(lì)磁電流也相應(yīng)減小，其影響就更小。因此，正常勵(lì)磁電流引起的不平衡電流影響不大，可以忽略不計(jì)。但是當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)很大的暫態(tài)勵(lì)磁電流，

31、其值可達(dá)額定電流的 68 倍，而且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。因此，勵(lì)磁涌流將在差動(dòng)回路中引起很大的不平衡電流，可能導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)跳閘或延遲動(dòng)作。23 變壓器差動(dòng)保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀差動(dòng)保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)原理的提出是建立在嚴(yán)格的基爾霍夫電流定律（KCL）基礎(chǔ)上的，差動(dòng)保護(hù)在線路和發(fā)電機(jī)上應(yīng)用的比較成功，因?yàn)樗鼈儑?yán)格滿(mǎn)足 KCL 定律，但是作為變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)面臨著新的問(wèn)題。從電路上看變壓器一次繞組和二次繞組并非是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，變壓器差動(dòng)保護(hù)原理是建立在變壓器穩(wěn)態(tài)磁路平衡基礎(chǔ)上的，是差動(dòng)保護(hù)原理的一種拓展，在暫態(tài)過(guò)程中這種平衡關(guān)系將被打破，只有等到暫態(tài)過(guò)程結(jié)束后，這種原先的平衡關(guān)

32、系才能重新建立。因此需要檢測(cè)這種暫態(tài)過(guò)程，避免變壓器差動(dòng)保護(hù)在此暫態(tài)過(guò)程中的誤動(dòng)。無(wú)論是傳統(tǒng)的模擬式保護(hù)，還是目前普遍應(yīng)用的數(shù)字式保護(hù)，變壓器差動(dòng)保護(hù)在實(shí)施中主要需要解決兩個(gè)問(wèn)題：一是鑒別勵(lì)磁涌流和故障電流；二是區(qū)分外部故障和內(nèi)部故障。長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，變壓器差動(dòng)保護(hù)在一定程度上能夠較好地區(qū)分內(nèi)部故障和外部故障，但在勵(lì)磁涌流和故障電流的鑒別上還存在一定的不足。因此當(dāng)前變壓器差動(dòng)保護(hù)的主要矛盾仍然集中在勵(lì)磁涌流和故障電流的鑒別上。近十多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者一直致力于變壓器繼電保護(hù)的研究，提出了許多判別勵(lì)磁涌流的新原理和新方法。231 變壓器差動(dòng)保護(hù)幾種判別原理簡(jiǎn)述1. 二次諧波制動(dòng)原理二次諧波制動(dòng)

33、原理，國(guó)外在七十年代就提出了，并于八十年代開(kāi)始投入實(shí)際應(yīng)用中。試驗(yàn)表明，勵(lì)磁涌流中含有的諧波分量中，二次諧波分量最高。對(duì)單相變壓器而言，諧波分量可以達(dá)到 20%以上，而三相變壓器，也必然有一項(xiàng)或者兩相可以達(dá)到 20%。因此該判別方法由此將差動(dòng)電流中的二次諧波分量 Id2和基波分量 Id1的比值 K 作為鑒別故障電流和勵(lì)磁涌流的依據(jù)。表達(dá)式為：Id2/Id1K式中：Id1、Id2分別是差流中的基波和二次諧波幅值；K二次諧波制動(dòng)系數(shù)，常取值為 0.150.20。 二次諧波制動(dòng)法簡(jiǎn)單，軟硬件設(shè)計(jì)也較容易。另外，因?yàn)榻?jīng)過(guò) CT 傳變以后的二次涌流中，偶次諧波的比例會(huì)有所增大，所以用這種方法有利于保證差

34、動(dòng)保護(hù)在勵(lì)磁涌流中不誤動(dòng)。由于以上的原因，二次諧波制動(dòng)是目前為止在變壓器微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用最廣泛的勵(lì)磁涌流判別方法。Siemens、ABB 和 GE 公司都研制生產(chǎn)了采用該判據(jù)的變壓器保護(hù)裝置。 但是隨著電力系統(tǒng)電壓等級(jí)的提高以及單臺(tái)變壓器容量的增大，采用二次諧波制動(dòng)原理的變壓器保護(hù)在實(shí)際運(yùn)行中，卻不得不面臨以下的問(wèn)題：(1)在微機(jī)保護(hù)中廣泛使用基于傅氏級(jí)數(shù)的諧波分析方法，從嚴(yán)格意義上講，該方法只適用于穩(wěn)態(tài)交流分量的分析，而勵(lì)磁涌流是暫態(tài)電流，其中含有較大的衰減直流分量，將衰減的直流分量在時(shí)間軸上截?cái)嗖⑦M(jìn)行周期延拓，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生離散的幅度譜，混疊到周期信號(hào)的頻譜中，影響二次諧波分量的大小，甚至導(dǎo)致誤

35、判。(2)二次諧波制動(dòng)比常取為 15%17%，但是，隨著電網(wǎng)電壓等級(jí)的提高和規(guī)模的擴(kuò)大以及變壓器單臺(tái)容量的增大，大型變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，由于諧波使短路電流中諧波含量增加，基于二次諧波制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)延時(shí)動(dòng)作，特別是對(duì)變壓器端部接長(zhǎng)線的情況更是如此；另外，15%17%的制動(dòng)比是按照一般飽和磁通為 1.4 倍額定磁通幅值時(shí)合閘涌流的大小來(lái)考慮的。但現(xiàn)代變壓器的飽和磁通倍數(shù)經(jīng)常在 1.2 到 1.3 甚至更低，在此情況下涌流的最小二次諧波含量有可能低至 10%以下，從而導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)。二次諧波制動(dòng)比應(yīng)該如何選擇才更科學(xué)？(3)對(duì)于二次諧波制動(dòng)原理，通常采用一相制動(dòng)三相的方案，即三相差流中

36、有一相差流的二次諧波含量超過(guò)定值就閉鎖整個(gè)差動(dòng)保護(hù)，可以保證保護(hù)在勵(lì)磁涌流情況的不誤動(dòng)和內(nèi)部故障情況下的正確動(dòng)作。然而對(duì)于帶有潛在內(nèi)部故障的三相變壓器，如繞組發(fā)生匝間短路，當(dāng)變壓器空載合閘時(shí)，一相為故障電流，另兩相為勵(lì)磁涌流，其結(jié)果是差動(dòng)保護(hù)被二次諧波制動(dòng)而不能快速動(dòng)作，由于大型變壓器勵(lì)磁涌流衰減較慢，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)被長(zhǎng)時(shí)間閉鎖。即使采用綜合相制動(dòng)方案，也會(huì)存在一定的延時(shí)。2. 間斷角閉鎖原理 間斷角閉鎖原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)率先由我國(guó)于 60 年代提出并制成樣機(jī)14，其模擬式保護(hù)裝置已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。間斷角閉鎖原理是利用勵(lì)磁涌流波形具有較大的間斷而短路電流波形連續(xù)變化不間斷的特征作為鑒別判據(jù)。該

37、方法簡(jiǎn)單直接，但它是以精確測(cè)量間斷角為基礎(chǔ)，如遇到 TA 暫態(tài)飽和傳變會(huì)使涌流二次側(cè)間斷角發(fā)生畸變，有時(shí)會(huì)消失，必須采取某些措施來(lái)恢復(fù)間斷角，但這卻增加了保護(hù)硬件的復(fù)雜性；同時(shí)間斷角原理還要受到采樣率、采樣精度的影響及硬件的限制，因此該原理在實(shí)際數(shù)字差動(dòng)保護(hù)中的應(yīng)用效果并不十分的理想。 間斷角閉鎖原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)采用如下判據(jù)：當(dāng)差流的間斷角大于650時(shí)，判別為勵(lì)磁涌流，此時(shí)立即閉鎖比率差動(dòng)繼電器，以防止其在變壓器空載合閘和外部故障切除電壓恢復(fù)過(guò)程中誤動(dòng)；當(dāng)間斷角小于 650且波寬大于1400時(shí)，判別為可能不是勵(lì)磁涌流，并短時(shí)開(kāi)放出口比率差動(dòng)繼電器。 間斷角閉鎖原理的變壓器差動(dòng)保護(hù)與二次諧波

38、制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)相比，有如下顯著特點(diǎn)：（1）一般采用按相閉鎖的方式，某一相符合間斷角涌流閉鎖條件則閉鎖該相比率差動(dòng)元件，在變壓器各種內(nèi)部故障時(shí)能迅速動(dòng)作于跳閘；（2）具備較高的抗變壓器過(guò)勵(lì)磁能力，只有在過(guò)勵(lì)磁倍數(shù)達(dá)到 1.26 倍以上時(shí)，比率差動(dòng)保護(hù)才有可能誤動(dòng)，所以一般不需要附設(shè)變壓器過(guò)勵(lì)磁時(shí)差動(dòng)保護(hù)的閉鎖判據(jù)。而二次諧波制動(dòng)的比率差動(dòng)保護(hù)必須附設(shè)其他過(guò)勵(lì)磁閉鎖判據(jù)（如五次諧波制動(dòng)判據(jù)） 。用數(shù)字技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)間斷角閉鎖原理時(shí)有兩個(gè)難點(diǎn)：一個(gè)是準(zhǔn)確測(cè)量間斷角的問(wèn)題；另一個(gè)是 TA 傳變引起的間斷角波形變形的問(wèn)題。間斷角閉鎖原理對(duì)采樣率的要求較高，一般為了準(zhǔn)確測(cè)量間斷角，采樣率至少為 72點(diǎn)/周

39、，如此高的采樣率對(duì)硬件提出了更高的要求。涌流間斷角處電流非常小，幾乎接近于零，而 A/D 轉(zhuǎn)換芯片正好在零點(diǎn)附近的轉(zhuǎn)換誤差最大，需要高分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。另外更為嚴(yán)重的是，涌流一般偏向于時(shí)間軸的一側(cè)，經(jīng) TA飽和傳變后，由于反向電流的作用會(huì)使間斷角消失，雖然可以采取一定的恢復(fù)措施，但由于變壓器鐵芯磁特性的非線性，要準(zhǔn)確恢復(fù)間斷角是很困難的。3. 小波變換方法 20 世紀(jì) 80 年代后期發(fā)展起來(lái)的小波變換在時(shí)、頻兩域都具有表征信號(hào)局部特征的能力，被譽(yù)為分析信號(hào)的數(shù)學(xué)顯微鏡，非常適合于非平穩(wěn)信號(hào)的分析，克服了傅里葉變換只能適應(yīng)穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)信號(hào)分析、時(shí)域完全無(wú)局部性的缺點(diǎn)，可以準(zhǔn)確地提取信號(hào)

40、的特征。所以，小波變換的出現(xiàn)立刻引起了科技界時(shí)、頻分析方法的新革命，當(dāng)然也為勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流的判別帶來(lái)了福音。自從小波變換的妙用被繼電保護(hù)工作者認(rèn)識(shí)以來(lái)，就前仆后繼地涌現(xiàn)出一大批從事勵(lì)磁涌流判別的科研人員，都試圖通過(guò)小波變換徹底解決 100 年前留給我們的技術(shù)難題變壓器勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障的判別。 目前，小波變換在此方面的應(yīng)用研究如火如荼，但一直以來(lái)主要集中于高次諧波檢測(cè)和奇異點(diǎn)檢測(cè)，此外并未發(fā)現(xiàn)大的突破。實(shí)際上，兩者都是間斷角原理的一種推廣，高頻檢測(cè)反映的是差流狀態(tài)突變產(chǎn)生的高次諧波，高頻細(xì)節(jié)出現(xiàn)的位置對(duì)應(yīng)于變壓器飽和、退飽和時(shí)刻或故障發(fā)生時(shí)刻。若差流的高頻細(xì)節(jié)突變周期出現(xiàn)，則為勵(lì)磁涌流

41、；若出現(xiàn)一次后便很快衰減為 0，則為內(nèi)部故障。奇異點(diǎn)檢測(cè)利用了小波變換模極大值原理，檢測(cè)的是差流狀態(tài)突變而產(chǎn)生的第 2 類(lèi)間斷點(diǎn)，奇異點(diǎn)與涌流間斷角相對(duì)應(yīng)。 但是，對(duì)微機(jī)保護(hù)來(lái)講，獲得高頻分量勢(shì)必需要提高采樣頻率，從而增加了技術(shù)難度和成本，而且可能會(huì)受到系統(tǒng)諧波的影響，能否經(jīng)受住環(huán)境高頻噪聲的考驗(yàn)，有待進(jìn)一步研究。另外，如何正確檢測(cè)模值也是一個(gè)難題。4. 波形對(duì)稱(chēng)原理波形對(duì)稱(chēng)原理是對(duì)變壓器的電流波形進(jìn)行分析的一種方法。即，首先將流入繼電器的差流進(jìn)行微分，將微分后差流的前半波與后半波作對(duì)稱(chēng)比較，根據(jù)比較的結(jié)果去判斷是否發(fā)生了勵(lì)磁涌流。這種方法實(shí)際上是間斷角原理的推廣。它的提出正是基于對(duì)勵(lì)磁涌流導(dǎo)

42、數(shù)的波寬及間斷角的分析，但是它比間斷角原理容易實(shí)現(xiàn)，克服了間斷角原理對(duì)微機(jī)硬件要求太高的缺點(diǎn)。該方法的作者對(duì)其進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)和動(dòng)模實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了其有效性，至于能否得到實(shí)際應(yīng)用，尚需時(shí)間檢驗(yàn)。5. 等值電路法這類(lèi)方法將變壓器整體看成一個(gè)阻抗，通過(guò)測(cè)量端電壓和端電流計(jì)算變壓器的等效阻抗或者等效導(dǎo)納，通過(guò)阻抗或者導(dǎo)納的變化來(lái)鑒別勵(lì)磁涌流。變壓器用在勵(lì)磁涌流時(shí)，變壓器的勵(lì)磁阻抗急劇變化，而在正常運(yùn)行或者故障時(shí)勵(lì)磁阻抗基本不變這一特征來(lái)區(qū)分變壓器勵(lì)磁涌流和短路電流，算法不需要變壓器參數(shù)和系統(tǒng)參數(shù)。在正常情況下，變壓器的勵(lì)磁電流很小，對(duì)于現(xiàn)代大型變壓器，通常要小于 1%變壓器額定電流，因此，當(dāng)變壓器運(yùn)行在磁

43、化曲線的線性段時(shí)，勵(lì)磁阻抗很大，一般以變壓器額定電壓和電流為基準(zhǔn)的勵(lì)磁阻抗 Zm100。當(dāng)變壓器空投或區(qū)外故障切除，電壓恢復(fù)正常的過(guò)程中，由于磁通不能突變，磁通中出現(xiàn)了非周期性的暫態(tài)分量，與鐵芯剩磁一起使變壓器鐵芯飽和，同時(shí)由于電壓是交變的，因而在一個(gè)周波內(nèi)變壓器鐵芯周期性地進(jìn)入飽和區(qū)和退出飽和區(qū)，當(dāng)進(jìn)入飽和區(qū)時(shí)，勵(lì)磁電流的瞬時(shí)值很大，可能達(dá)到變壓器額定電流的 510 倍甚至更大，而退出飽和區(qū)時(shí)，只有正常的勵(lì)磁電流，其瞬時(shí)值很小，在涌流的間斷角區(qū)內(nèi)，Zm則變的相當(dāng)大，因此在勵(lì)磁涌流時(shí)期，Zm的最大值與最小值可能相差幾百倍甚至上千倍。通過(guò)檢測(cè)這種劇烈變化就可以進(jìn)行勵(lì)磁涌流的鑒別。參考文獻(xiàn)中提出了

44、一種基于變壓器導(dǎo)納型等值電路中檢測(cè)對(duì)地導(dǎo)納參數(shù)變化來(lái)鑒別變壓器內(nèi)外部故障的方法。原文作者在解析分析和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)的基礎(chǔ)上得到如下結(jié)論：（1）鐵芯線圈的漏抗近似相等，此時(shí)在變壓器導(dǎo)納型等值電路中，各節(jié)點(diǎn)的互導(dǎo)納幾乎與變壓器的鐵芯飽和無(wú)關(guān)；（2）鐵芯未飽和時(shí)，各節(jié)點(diǎn)的對(duì)地導(dǎo)納幾乎為零。當(dāng)鐵芯飽和時(shí)，對(duì)地導(dǎo)納又與空心變壓器的對(duì)地導(dǎo)納幾乎一致，且是一不等于零的常數(shù)。與上述兩個(gè)結(jié)論對(duì)應(yīng)的有：（1）內(nèi)部匝間短路時(shí)，故障繞組的對(duì)地導(dǎo)納是該繞組短路匝數(shù)的一個(gè)非線性函數(shù)，且隨內(nèi)部故障匝數(shù)的增大而變大。非故障繞組的導(dǎo)納與故障匝數(shù)無(wú)關(guān)，仍為一接近于零的常數(shù)。 （2）涌流時(shí)高壓側(cè)繞組的對(duì)地導(dǎo)納和低壓側(cè)的對(duì)地導(dǎo)納都大于零，

45、而中壓側(cè)對(duì)地導(dǎo)納接近于零或略小于零（3）各繞組的互導(dǎo)納與鐵芯的磁通密度無(wú)關(guān)，也與內(nèi)部匝間短路無(wú)關(guān)。這種算法的優(yōu)點(diǎn)是快速，即使內(nèi)部故障疊加涌流，一般可以在半個(gè)周波內(nèi)給出正確的判斷結(jié)果，同時(shí)鑒別勵(lì)磁涌流時(shí)，將不再用諧波判別，而對(duì)內(nèi)部故障卻可以快速識(shí)別。6. 磁通特性原理 磁通特性原理是通過(guò)綜合利用變壓器電壓和電流的信息來(lái)鑒別勵(lì)磁涌流的。該方法是從勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的本質(zhì)原因變壓器鐵芯磁路飽和出發(fā)，通過(guò)提取磁通變化特征來(lái)識(shí)別勵(lì)磁涌流和故障電流。磁通特性原理考慮的是變壓器的勵(lì)磁特性，以變壓器每個(gè)繞組的電壓回路方程為基礎(chǔ)，如下式所示，理論上可以完全消除勵(lì)磁涌流的影響。 U=Ri+L+ didtddt 式中：R

46、、L 分別為該組的電阻和漏感，U、i、為該組電壓、電流和磁通的瞬時(shí)值。由于上式是根據(jù)變壓器正常運(yùn)行的模型得到的，所以在變壓器正常運(yùn)行、外部短路、空載合閘和過(guò)勵(lì)磁等情況下均滿(mǎn)足，只有內(nèi)部故障時(shí)，由于變壓器模型本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)發(fā)生了變化，它才不再成立，從而可以區(qū)分內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流。 磁通特性制動(dòng)原理的判斷和計(jì)算過(guò)程都比較簡(jiǎn)潔，檢測(cè)速度較快，適宜用微機(jī)保護(hù)實(shí)現(xiàn)，但是該原理需要知道變壓器繞組的漏感和磁制動(dòng)曲線，這在實(shí)際中不太可能行的通，還有待繼續(xù)研究。 232 變壓器差動(dòng)保護(hù)發(fā)展趨勢(shì)電力系統(tǒng)飛速發(fā)展對(duì)繼電保護(hù)不斷提出新的要求，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)的迅猛發(fā)展又為繼電保護(hù)技術(shù)的發(fā)展不斷地注入

47、了新活力。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展、微型計(jì)算機(jī)和微處理器的出現(xiàn)，為繼電保護(hù)數(shù)字化開(kāi)辟了廣闊前景。20 世紀(jì) 90 年代中后期人工智能以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，出現(xiàn)了以微機(jī)和光傳輸技術(shù)為特征的全數(shù)字控制智能保護(hù)系統(tǒng)，以此為標(biāo)志，微機(jī)繼電保護(hù)技術(shù)呈現(xiàn)出網(wǎng)絡(luò)化，智能化，以及保護(hù)、控制、測(cè)量和數(shù)據(jù)通信一體化的發(fā)展趨勢(shì)。(一) 全面提取涌流特征，提高勵(lì)磁涌流識(shí)別能力，改善變壓器差動(dòng)保護(hù)性能。盡管從差動(dòng)保護(hù)作為變壓器的主保護(hù)那一天起，正確識(shí)別勵(lì)磁涌流就成為變壓器差動(dòng)保護(hù)所需要解決的重要問(wèn)題，但是在沒(méi)有完善的新原理可以取代差動(dòng)保護(hù)前，必須不斷提高變壓器差動(dòng)保護(hù)勵(lì)磁涌流識(shí)別能力。傳統(tǒng)的二次諧波制動(dòng)原理只利用了勵(lì)磁涌流

48、中明顯的二次諧波特征信息，而各種輔助判據(jù)的使用意味著通過(guò)增加信息量來(lái)保證保護(hù)的正確動(dòng)作。間斷角原理利用了電流波形間斷角特征來(lái)識(shí)別勵(lì)磁涌流，與二次諧波制動(dòng)原理相比利用了更多的信息。其他的基于波形特征的識(shí)別方法本質(zhì)上與間斷角原理類(lèi)似，但是用來(lái)提取涌流特征的波形是包括了間斷角的整個(gè)涌流波形，因此性能上來(lái)說(shuō)更為優(yōu)越。隨著小波分析、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)等數(shù)學(xué)工具以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊邏輯等智能技術(shù)在勵(lì)磁涌流識(shí)別方法中的應(yīng)用，為勵(lì)磁涌流特征的更為全面的提取提供了新的途徑?？傊瑸楸ＷC變壓器差動(dòng)保護(hù)正確可靠動(dòng)作，綜合利用變壓器勵(lì)磁涌流特征提取全面信息來(lái)識(shí)別勵(lì)磁涌流是今后一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展趨勢(shì)。 (二) 擺脫現(xiàn)有技術(shù)的束縛，獨(dú)

49、辟蹊徑，探尋變壓器保護(hù)新的原理。 縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)原理上完全不反應(yīng)外部短路，因此取得了被保護(hù)設(shè)備在內(nèi)部故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作的靈敏性、快速性和選擇性，被廣泛用于電氣主設(shè)備和輸電線的主保護(hù)。但是縱差保護(hù)只能用于滿(mǎn)足電流基爾霍夫定律的純電路設(shè)備，而在變壓器差動(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)，不僅包含電路，而且包含非線性的鐵心磁路，造成當(dāng)變壓器本身無(wú)故障空載合閘、外部故障切除電壓恢復(fù)或過(guò)勵(lì)磁時(shí)，差動(dòng)保護(hù)中流過(guò)很大的勵(lì)磁電流，因此最初變壓器采用差動(dòng)保護(hù)作為主保護(hù)就隱含了不滿(mǎn)足差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用的基本前提。因此擺脫現(xiàn)有技術(shù)束縛，探尋新的變壓器保護(hù)原理是今后研究的重點(diǎn)方向?；诖磐ㄌ匦缘脑怼⒌戎惦娐贩ㄔ?、等值方程原理以及功率差動(dòng)原理就是一

50、次有益的探索，但是這些新原理在實(shí)際應(yīng)用中還存在著大量的問(wèn)題，需要更進(jìn)一步的完善和發(fā)展。 從應(yīng)用的進(jìn)程上來(lái)看，保護(hù)新原理的應(yīng)用可能經(jīng)歷三個(gè)階段：第一階段，由于保護(hù)新原理不受勵(lì)磁涌流的影響，因此可以作為變壓器差動(dòng)保護(hù)勵(lì)磁涌流識(shí)別方法進(jìn)行應(yīng)用，這也是很多新原理研究的出發(fā)點(diǎn)；第二階段，新原理保護(hù)與差動(dòng)保護(hù)配合使用，由于差動(dòng)保護(hù)作為變壓器主保護(hù)已經(jīng)歷了幾十年的考驗(yàn)和完善，因此二者結(jié)合使用，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短。第三階段，新原理保護(hù)取代差動(dòng)保護(hù)，這是保護(hù)新原理研究的目標(biāo).24 本章小節(jié)本章首先介紹了變壓器的故障和保護(hù)配置，接著詳細(xì)敘述了變壓器差動(dòng)保護(hù)的基本原理，闡述了差動(dòng)回路中的不平衡電流對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的影響；

51、綜述了 變壓器差動(dòng)保護(hù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并且對(duì)現(xiàn)有的故障電流和勵(lì)磁涌流鑒別方法進(jìn)行了比較，分析了其優(yōu)缺點(diǎn)，從中可以看出，目前廣泛使用的二次諧波制動(dòng)原理和間斷角原理存在著很多問(wèn)題，而其它一些鑒別勵(lì)磁涌流的方法，在理論上效果較理想，但真正應(yīng)用到實(shí)踐中還有一定距離。由于變壓器運(yùn)行條件的復(fù)雜性和故障類(lèi)型的多樣性，以及 CT 飽和等因素的影響，現(xiàn)有的各種保護(hù)方案均未能完美的解決現(xiàn)存的一些問(wèn)題，為了改善變壓器保護(hù)的性能，加速研制新的保護(hù)原理和算法勢(shì)在必行。第三章 勵(lì)磁涌流時(shí)變壓器的狀態(tài)分析與仿真31 變壓器勵(lì)磁涌流及鑒別方法311 單相變壓器的勵(lì)磁涌流 我們已經(jīng)知道勵(lì)磁涌流是由于變壓器鐵芯飽和造成的，下面

52、以一臺(tái)單相變壓器的空載合閘為例來(lái)說(shuō)明勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因。下圖為變壓器的分段磁化曲線圖。ASEOBFi圖圖 3-13-1 變壓器鐵芯的分段磁化曲線變壓器鐵芯的分段磁化曲線將變壓器的磁化曲線近似看作兩條分段直線 OA 和 AE，它們與縱軸的交點(diǎn)A 點(diǎn)的磁通定義為飽和磁通。當(dāng)時(shí)，變壓器鐵芯未飽和，此時(shí)鐵芯的SS相對(duì)導(dǎo)磁率很高，繞組的勵(lì)磁電抗也很大，所以勵(lì)磁電流很??；當(dāng)時(shí)，變S壓器鐵芯飽和，此時(shí)鐵芯的相對(duì)導(dǎo)磁率減小，繞組的勵(lì)磁阻抗減小，此時(shí)變壓器的勵(lì)磁特性工作在直線 AE 或 BF 上，磁通的微小增量，都會(huì)引起電流巨大的變化。在空載合閘時(shí)，為簡(jiǎn)化分析過(guò)程，假設(shè)電源內(nèi)阻抗為零，且電源電壓是純正弦電壓，既

53、 u=U sin() (3.1)mt式中:為電壓合閘初相角。 當(dāng)空載單相變壓器突然投入無(wú)窮大電源時(shí)，若忽略該變壓器漏抗，并令一次繞組匝數(shù) N1=1，則 = U sin()ddtmt即 = cos()+ C ()mt根據(jù)初始條件得：C=cos+因此，空載變壓器合閘時(shí)鐵芯的磁通為 msu = cos()+cos+ mtmsu（3.3）式中=，為穩(wěn)態(tài)磁通的幅值；為空載合閘前的鐵芯剩磁。mmUsu為了得到空載合閘勵(lì)磁涌流，可利用變壓器鐵芯的磁化曲線，用作圖法求解。如圖所示。iX0i02 210iX0isX0PpPX0X0sS00t（a a） 變壓器鐵芯的磁化曲線變壓器鐵芯的磁化曲線 （b b） 勵(lì)磁涌

54、流的波形勵(lì)磁涌流的波形圖圖 3-23-2 變壓器勵(lì)磁涌流說(shuō)明圖變壓器勵(lì)磁涌流說(shuō)明圖圖 3-2（a）為變壓器鐵芯近似磁化曲線，對(duì)應(yīng)圖 3-2（b）中的磁通(t)，由鐵芯近似磁化形成圖 2-2（b）的勵(lì)磁涌流波形。當(dāng)磁通時(shí)，變壓器鐵芯不飽和，勵(lì)磁電感無(wú)窮大，電流等于 0；S當(dāng)時(shí)，變壓器鐵芯飽和，勵(lì)磁電感迅速減小，從而產(chǎn)生了勵(lì)磁電流，S分析知道勵(lì)磁涌流是由于變壓器空載投入產(chǎn)生的暫態(tài)磁通涌流。若不考慮變壓器損耗，暫態(tài)磁通不會(huì)衰減，勵(lì)磁涌流呈現(xiàn)周期性的變化；若考慮變壓器的損耗，暫態(tài)磁通逐漸衰減，使得涌流的幅值變小，直到涌流消失。 由上可知，間斷角的大小與合閘初相角，鐵芯穩(wěn)態(tài)磁通，鐵芯剩磁1msu和飽和磁

55、通大小有關(guān)。若增大，則間斷角也增大，相應(yīng)的二次諧波成分也S增大，當(dāng)增大時(shí)，間斷角和二次諧波成分也隨之減小。su 綜合上面的分析，單相變壓器勵(lì)磁涌流有以下特點(diǎn)：(1) 當(dāng)鐵心磁通不飽和時(shí)，勵(lì)磁電流很小，通常不超過(guò)額定電流的 2%-5%，而當(dāng)鐵芯磁通飽和后，勵(lì)磁電流隨著磁通的增大而快速增大；(2) 在一個(gè)周波中，由式可知，磁通最小值為，rmrcosm而剩磁總是小于工作磁通，由此說(shuō)明，在一個(gè)周波中，總有一段時(shí)間rs鐵心中磁通小于飽和磁通，此時(shí)勵(lì)磁電流很??；(3) 另一方面，由于S，飽和只可能出現(xiàn)在時(shí)間軸一側(cè)，即勵(lì)磁涌流偏移時(shí)間軸一側(cè)，這種偏向一側(cè)且有間斷角的波形顯得不對(duì)稱(chēng)，利用傅立葉級(jí)數(shù)對(duì)勵(lì)磁涌流進(jìn)

56、行諧波分析，勵(lì)磁涌流中含有多種諧波成分，其中二次諧波含量大，變壓器差動(dòng)保護(hù)常采用這些特性判別勵(lì)磁涌流。312 三相變壓器勵(lì)磁涌流的特性三相變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的基本原理與單相變壓器基本相同。當(dāng)三相變壓器空載投入電網(wǎng)中，由于三相的接入初始相位角不同，每相產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流情況也不同，而變壓器繞組連接方式及磁路結(jié)構(gòu)的不同。對(duì)線電流中勵(lì)磁涌流的大小和波形也有較大的影響。三相變壓器空載和閘時(shí)，三相繞組都會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。對(duì)于 Y，d11 接線的三相變壓器，引入每相差動(dòng)保護(hù)的電流為兩個(gè)變壓器繞組電流之差，其勵(lì)磁涌流也應(yīng)該是兩個(gè)繞組勵(lì)磁涌流的差值，即i=i -i i=i -i i=i -iJaabJbbcJcca

57、ebih1ih1ih1CBAicibiaZaZcZbecea圖圖 3-33-3 Y YN N，d d 接線三相變壓器接線圖接線三相變壓器接線圖因此，通常所說(shuō)的勵(lì)磁涌流實(shí)際上是指一次側(cè)兩相涌流的差值，研究變壓器縱差保護(hù)應(yīng)對(duì)兩相電流之差的特征進(jìn)行分析。由于差關(guān)系的存在，三相變壓器勵(lì)磁涌流幅值的最大值出現(xiàn)在 =300。當(dāng)一次側(cè)三相電流中兩相涌流的方向相同且直流分量相差不大時(shí)，二次側(cè)涌流中就有一相涌流的直流分量很小，甚至為零，波形特征表現(xiàn)為該相涌流對(duì)稱(chēng)于時(shí)間軸，稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)涌流。相應(yīng)的直流分量較大的涌流稱(chēng)為非對(duì)稱(chēng)涌流。非對(duì)稱(chēng)涌流是由剩磁方向相反的兩相涌流相減生成的電流，而對(duì)稱(chēng)涌流是由剩磁方向相同的兩相涌流

58、相減生成的電流。綜合上面的例子，對(duì)于一般情況，三相變壓器勵(lì)磁涌流有以下特點(diǎn)：(1)由于三相電壓之間有 120 （2/3rad）的相位差，因而三相勵(lì)磁涌流o不相同，任何情況空載投入變壓器，至少在兩相中要出現(xiàn)不同程度的勵(lì)磁涌流。(2)某相勵(lì)磁涌流（i）可能不再偏離時(shí)間軸的一側(cè)，變成了對(duì)稱(chēng)性涌流。rBu.其他兩相仍為偏離時(shí)間軸一側(cè)的非對(duì)稱(chēng)性涌流。對(duì)稱(chēng)性涌流的數(shù)值比較小。非對(duì)稱(chēng)性涌流仍含有大量的非周期分量，但對(duì)稱(chēng)性涌流中無(wú)非周期分量。(3)三相勵(lì)磁涌流中有一相或兩相二次諧波含量比較小，但至少有一相比較大。(4)勵(lì)磁涌流的波形仍然是間斷的，但間斷角顯著減小，其中有以對(duì)稱(chēng)性涌流的間斷角最小。但對(duì)稱(chēng)性涌流有

59、另外一個(gè)特點(diǎn)：勵(lì)磁涌流的正向最大值與反向最大值之間的相位差 120 。這個(gè)相位差稱(chēng)為“波寬” ，顯然穩(wěn)態(tài)故障電流的o波寬為 180 .o3.2 變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流的仿真實(shí)驗(yàn)321 仿真模型的建立用 MATHLAB 仿真軟件對(duì)空載合閘勵(lì)磁涌流進(jìn)行仿真分析。建立仿真模型如下所示。圖圖 3-4 仿真系統(tǒng)接線圖仿真系統(tǒng)接線圖三相變壓器的基本數(shù)據(jù)為：S =450MVA，U/U=220/500 kV , 接線方式 Y011。變壓器的三相mm1m2剩磁分別取為=0.7，=0.7，=-0.7，飽和磁通。0A0B0CSm仿真結(jié)果及其分析1）三相剩磁為（0.7，0.7，0.7）倍額定磁通，合閘角為 0 圖圖

60、3-53-5額定磁通且合閘角為零時(shí)仿真結(jié)果額定磁通且合閘角為零時(shí)仿真結(jié)果2）三相剩磁為（0.7，0.7，0.7）倍額定磁通，合閘角為 30圖圖 3-63-6額定磁通且合閘角為額定磁通且合閘角為 30300 0時(shí)仿真結(jié)果時(shí)仿真結(jié)果3）三相剩磁為（0.7，0.7，0.7）倍額定磁通，合閘角為 45 圖圖 3-73-7額定磁通且合閘角為額定磁通且合閘角為 45450 0時(shí)仿真結(jié)果時(shí)仿真結(jié)果4）三相剩磁為（0.7，0.7，0.7）倍額定磁通，合閘角為 90 圖圖 3-83-8額定磁通且合閘角為額定磁通且合閘角為 90900 0時(shí)仿真結(jié)果時(shí)仿真結(jié)果 根據(jù)以上仿真得到如下的結(jié)論：變壓器空載合閘時(shí)刻勵(lì)磁支路