变压器与换流变压器保护相关问题的研究 第2章(下)

　　第2章单相变压器励磁涌流分析(下)

　　2.3励磁涌流识别方法综述

　　为了防止励磁涌流引起纵差保护的误动作，需要根据励磁涌流的特征增设闭锁环节。目前，常见的励磁涌流鉴别方法主要包括二次谐波制动、间断角鉴别以及波形对称原理，其原理简单易行，可靠性高，是变压器保护双重化的主要配置。

　　2.3.1二次谐波原理

　　二次谐波制动原理是根据励磁涌流中含有大量偶次谐波的特点(图2-2b)，当检测到差动电流中二次谐波的含量大于整定值时将差动保护闭锁，以防止励磁涌流引起的误动^[5]。

　　动作判据为：

L₂ > K₂ · I₁      (2-4)

　　其中，L₂为差动电流中的二次谐波分量，I₁为基波分量，K₂为二次谐波制动系数。

　　二次谐波原理是迄今为止国内外应用最为广泛，使用也最为成熟的涌流制动方法。然而在长期的现场使用中，也发现了越来越多的问题，综合目前的文献如下：

　　1.整定值的选择。

　　目前变压器二次谐波制动普遍采用15%的门槛值，这是按照饱和磁通取1.15，最大剩磁0.7来选取的，在此条件下经过转角后的三相涌流至少有一相二次谐波含量大于15%，因而可采用三相“或门”制动方案。但是由于现代大型变压器的工作磁通提高，饱和磁通甚至存在小于1.15的情况。并且最大剩磁在某些情况下也不一定能保证在0.7以下，例如三相不同时合闸时，其暂态过程就可能使变压器某一相剩磁推至0.9以上，使其进入深度饱和。门槛值取高了不能可靠制动某些情况下的涌流，但取得很低又会影响差动保护的速动性，最终门槛值如何确定还需要深入的研究。

　　2.差动保护受二次谐波制动，保护性能恶化。

　　(1)随着电力系统的发展，超高压长线对地电容增大，加上静止无功补偿装置的应用，使得发生故障时的暂态电流中二次谐波含量较高，可能导致保护闭锁，延迟故障的切除。

　　(2)若变压器空载合闸于内部故障，在三相“或门”制动下，合闸后非故障相的励磁涌流使差动保护闭锁，从而保护只能等待涌流衰减后才能动作，从而会对变压器造成严重损坏。

　　为了二次谐波更准确的制动，文献6提出了一种基于附加相位判别的二次谐波改进方案。根据变压器励磁涌流中基波倍频与二次谐波相位之间的相位差符合0º或180º规律(图2-6)，通过相位鉴别来自适应调节二次谐波制动比，在0º、180º附近自适应地减小二次谐波制动比，以保证大型电力变压器在涌流特征不明显时，差动保护可靠不误动。但是文中均是以单相变压器作为分析对象，仅适用于△绕组内部安装TA的情况，而经过相间差动或消零序方式的三相变压器，其波形特征已大大变化，在此情况下的电流并不满足以上相位关系。

图2-6单相涌流中基波与二次谐波之间的相位关系

　　综上所述，二次谐波原理存在问题的原因可归结为两点：

　　(1)由于变压器三相电流均经过转角，励磁涌流特征已与三相励磁电流大不相同。

　　(2)二次谐波原理虽然简单易行，但终究只是反映了电流波形特征的一部分，信息量小，并不能完全反映铁芯的真实励磁状态，需要更多挖掘电流波形的信息或者加上励磁电压，以准确判断涌流情况。

　　2.3.2间断角鉴别

　　间断角原理是利用励磁涌流存在尖顶波特征和较大的间断角而短路电流波形则连续不问断作为鉴别涌流的依据。同时为了防止对称性涌流导致保护误动，基于对称性涌流波宽较小的特征增加一个波宽判据，其判别方程为^[7,8]：

                 (2-5)

　　其中，θ_J，θ_k皖分别为差动电流导数的间断角与波宽角，θ_Jsetθ_kset分别为间断角整定值(一般取60º)和波宽角整定值(一般取125º)。

　　间断角原理较二次谐波复杂，而间断角保护一般采用按相制动的闭锁逻辑，对原理的可靠性提出了很高的要求。而在现实中的一些技术瓶颈也使得其在实际数字差动保护的应用中效果并不十分理想^[4]：

　　(1)该方法以精确测量间断角为前提，如遇到TA饱和使涌流波形发生畸变的情况，间断角可能消失。而由于变压器铁芯励磁特性的非线性，难以准确恢复间断角。

　　(2)涌流间断角处的电流非常小，几乎接近于零，而A/D转换正好是在零点附件的转换误差最大，因而问断角的测量对A/D转换芯片的精度与硬件的采样率提出了很高要求。