李振東

摘 要：在智能化變電站中，隨著電力系統(tǒng)對(duì)于設(shè)備的智能化水平及可靠性要求越來(lái)越高，控制變壓器勵(lì)磁涌流的方法也越來(lái)越多，文章對(duì)目前較為新型的變壓器勵(lì)磁涌流方法進(jìn)行對(duì)比分析，并對(duì)其在智能化變電站中的應(yīng)用提出相應(yīng)建議，為廣大設(shè)計(jì)工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：變壓器；勵(lì)磁涌流；抑制方法

中圖分類號(hào)：TM407 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）21-0074-01

1 變壓器勵(lì)磁涌流的形成原理

勵(lì)磁涌流是變壓器的核心部件，鐵心處于飽和狀態(tài)時(shí)引發(fā)和引起的一種現(xiàn)象。在變壓器鐵心處于不飽和狀態(tài)時(shí)，鐵心磁化曲線的斜率很大，這時(shí)候勵(lì)磁電流接近零值。但是一旦變壓器鐵心出現(xiàn)飽和狀態(tài)，磁化曲線斜率變小，電流就會(huì)隨著磁通呈現(xiàn)線性增長(zhǎng)的狀態(tài)，進(jìn)而最終演變?yōu)閯?lì)磁涌流的現(xiàn)象。

在變電站設(shè)計(jì)規(guī)范中，目前的常用變電站飽和磁通一般設(shè)定為1.15～1.4之間，而電力變壓器的運(yùn)行電壓不超過(guò)額定電壓的10%。因此在變電站正常使用過(guò)程中，電力變壓器一直處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，變壓器的磁通數(shù)值都不會(huì)超過(guò)設(shè)計(jì)的飽和磁通的數(shù)值，而變壓器的核心部件鐵心也不會(huì)達(dá)到飽和狀態(tài)，也就不會(huì)引發(fā)勵(lì)磁涌流的現(xiàn)象。例如，最嚴(yán)重的是電壓過(guò)零時(shí)進(jìn)行合閘操作，假若此時(shí)鐵心的剩磁，非周期磁通為經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后，磁通將遠(yuǎn)大于飽和磁通，則會(huì)形成變壓器嚴(yán)重飽和的狀態(tài)，才會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)勵(lì)磁涌流的現(xiàn)象。

2 變壓器勵(lì)磁涌流的破壞性分析以及抑制原理

抑制電力變壓器勵(lì)磁涌流的原理與電容器的充電涌流抑制原理是相似的。首先是電流屬于儲(chǔ)能元件，變壓器不容許電流突變，而電容器則不容許電壓突變，因此在兩者進(jìn)行空投電源時(shí)都將誘發(fā)一個(gè)暫態(tài)的過(guò)程。變壓器空載接入電源的時(shí)候，或者變壓器出線發(fā)生故障被繼電保護(hù)裝置切除時(shí)，由于變壓器某側(cè)繞組感受到外施電壓的驟增，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生數(shù)值極大的勵(lì)磁涌流。這種由暫態(tài)過(guò)度到常態(tài)所誘發(fā)的勵(lì)磁涌流，不僅峰值大，還含有極多的諧波及直流分量，會(huì)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行及電氣設(shè)備造成破壞性的影響。因此為了保障發(fā)電站、變電站以及輸變電線路運(yùn)行的正常，需要對(duì)變壓器勵(lì)磁涌流采取相應(yīng)的抑制及保護(hù)措施。

從以上分析可知，變壓器勵(lì)磁涌流最大的破壞性危害是導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)，其次危害是其衍生的電網(wǎng)電壓驟降、諧波污染、和應(yīng)涌流、鐵磁諧振過(guò)電壓等給電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)的負(fù)面影響。因此近年來(lái)抑制勵(lì)磁涌流的思路，都是從識(shí)別勵(lì)磁涌流的特征著手，通過(guò)增加識(shí)別勵(lì)磁涌流的準(zhǔn)確率來(lái)減少繼電保護(hù)的誤動(dòng)率。但是實(shí)踐證明，產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的原因雖然單一，但是要識(shí)別勵(lì)磁涌流的難度很大，無(wú)論是物理方法還是數(shù)學(xué)方法，效果都不太明顯。而近年來(lái)在智能變電站設(shè)計(jì)及運(yùn)行中，采用計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)合閘相位角、變壓器的電磁參數(shù)等識(shí)別勵(lì)磁涌流，取得了較好的效果。

3 變壓器勵(lì)磁涌流的線性特點(diǎn)

電力變壓器的勵(lì)磁涌流有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，波形呈現(xiàn)尖頂形狀，表明其中含有相當(dāng)成分的非周期分量和高次諧波分量，其中高次諧波以二次和三次為主，并且隨著時(shí)間推移，某一相二次諧波含量可能超過(guò)基波分量的一半以上。第二，勵(lì)磁涌流幅值與變壓器空載投入的電壓初相角直接相關(guān)。對(duì)于單相變壓器來(lái)說(shuō)，當(dāng)電壓過(guò)零點(diǎn)投入時(shí)，勵(lì)磁涌流幅值最大。由于三相變壓器各相間有120？觷相位差，所以涌流也不盡相同。第三，在最初幾個(gè)波形中，涌流將出現(xiàn)間斷角。第四，涌流衰減的時(shí)間常數(shù)與變壓器阻抗、容量和鐵心材料等都相關(guān)。

4 變壓器勵(lì)磁涌流抑制方法在智能化變電站中的應(yīng)用

對(duì)于在智能化變電站中，以目前常用的三相電力變壓器為例，防止變壓器勵(lì)磁涌流引起差動(dòng)保護(hù)的措施主要有以下幾類。

①使用飽和中間變流器來(lái)進(jìn)行勵(lì)磁涌流的抑制。在進(jìn)行勵(lì)磁涌流抑制措施設(shè)計(jì)時(shí)，使用率最多的是采用差動(dòng)保護(hù)，使用飽和中間變流器來(lái)進(jìn)行抑制。差動(dòng)保護(hù)按照躲開(kāi)最大不平衡電流進(jìn)行整定時(shí)，帶速飽和原理的差動(dòng)保護(hù)能夠減少非周期分量造成的保護(hù)誤動(dòng)，如BCH-2型就是一種增強(qiáng)型速飽和中間變流器的差動(dòng)保護(hù)。例如使用BCH-2型差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)的時(shí)候，對(duì)于短路線圈匝數(shù)的選擇就需要進(jìn)行平衡和設(shè)定。一般而言線圈匝數(shù)越多，躲避勵(lì)磁涌流的性能越好。但是往往在發(fā)生短路故障的時(shí)候，繼電器的動(dòng)作的延時(shí)就要增長(zhǎng)。因此，要在躲避勵(lì)磁涌流和短路故障兩者之間進(jìn)行平衡，并且采用變壓器空載投運(yùn)試驗(yàn)來(lái)確定線圈的最終匝數(shù)。而變流器的靈敏度檢驗(yàn)，就應(yīng)當(dāng)按照線路內(nèi)部短路故障時(shí)，最小的短路電流來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)。如果試驗(yàn)結(jié)果無(wú)法滿足性能要求，則必須選擇帶有制動(dòng)特性的差動(dòng)保護(hù)。

②采用二次諧波辨識(shí)來(lái)進(jìn)行制動(dòng)抑制。根據(jù)勵(lì)磁涌流中含有二次諧波的特點(diǎn)，在進(jìn)行勵(lì)磁涌流識(shí)別及抑制時(shí)，可以設(shè)置識(shí)別二次諧波進(jìn)行制動(dòng)的辦法。在系統(tǒng)識(shí)別中，一旦保護(hù)檢測(cè)到差流中含有二次諧波大于保護(hù)的整定值時(shí)，諧波辨識(shí)制動(dòng)就會(huì)就閉鎖保護(hù)繼電器，防止變壓器的勵(lì)磁涌流引起繼電的保護(hù)動(dòng)作。在智能變電站的勵(lì)磁涌流抑制現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)，二次諧波設(shè)定值要根據(jù)同等電壓等級(jí)變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)和變壓器空載合閘試驗(yàn)結(jié)果來(lái)進(jìn)行調(diào)整。正常是按照變壓器躲過(guò)各種勵(lì)磁涌流下的最小二次諧波含量進(jìn)行整定設(shè)置。在一般的220 kV智能變電站設(shè)計(jì)中，二次諧波制動(dòng)比設(shè)置為（15%，20%）。采用二次諧波辨識(shí)來(lái)進(jìn)行制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)，其設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)單，調(diào)試簡(jiǎn)便，靈敏度高，在當(dāng)前變壓器勵(lì)磁涌流保護(hù)中應(yīng)用較為普遍。但是，二次諧波制動(dòng)方法也有缺點(diǎn)。在安裝有靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置等電容分量比較大的變壓器二次保護(hù)系統(tǒng)中，其故障暫態(tài)電流中也會(huì)產(chǎn)生較大的二次諧波，這種類型的二次諧波會(huì)對(duì)系統(tǒng)辨識(shí)造成困擾，致使差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作速度受到影響。由于勵(lì)磁涌流衰減很慢，保護(hù)的動(dòng)作時(shí)間可能較長(zhǎng)，這期間就會(huì)對(duì)設(shè)備造成一定的破壞影響。如果在空載合閘之前，變壓器已經(jīng)存在故障的情況，而在合閘后，故障表現(xiàn)為故障電流，而非故障相則為勵(lì)磁涌流，那如果設(shè)計(jì)是采用三相或門制動(dòng)的方案，差動(dòng)保護(hù)必將被閉鎖，無(wú)法達(dá)到制動(dòng)效果。

③采用間斷角鑒別的方法進(jìn)行勵(lì)磁涌流抑制。在電力變壓器勵(lì)磁涌流出現(xiàn)的最初幾個(gè)波形中，勵(lì)磁涌流將出現(xiàn)平面間斷角。而變壓器內(nèi)部故障時(shí)流入差動(dòng)繼電器的穩(wěn)態(tài)差電流是正弦波，不會(huì)出現(xiàn)間斷角。勵(lì)磁涌流的這個(gè)顯要特征，成為區(qū)別變壓器故障電流和勵(lì)磁涌流的重要應(yīng)用。采用間斷角鑒別勵(lì)磁涌流的方法，就是利用這個(gè)特征來(lái)鑒別勵(lì)磁涌流和故障電流。使用儀器對(duì)差電流波形進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證其是否存在間斷角，當(dāng)間斷角大于整定值時(shí)，使用差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行系統(tǒng)閉鎖。在一般的變電站應(yīng)用中，間斷角制動(dòng)的保護(hù)整定值一般設(shè)定為65？觷，在此基礎(chǔ)上增加一個(gè)反應(yīng)波寬的輔助判斷依據(jù)，波寬大于140？觷時(shí)也進(jìn)行閉鎖。由于間斷角識(shí)別是按相閉鎖的方法進(jìn)行識(shí)別，因此在電力變壓器合閘于內(nèi)部故障時(shí)，能夠迅速動(dòng)作，具有快速聯(lián)動(dòng)的特征。而在應(yīng)用中，相對(duì)于大型變壓器，一般同時(shí)采用二次諧波識(shí)別和間斷角識(shí)別兩者相結(jié)合的縱差動(dòng)保護(hù)措施，這樣就能夠起到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果，利用間斷角識(shí)別的動(dòng)作快速性和二次諧波制動(dòng)的準(zhǔn)確性，采用優(yōu)化配置方案，就可以正確識(shí)別勵(lì)磁涌流并且進(jìn)行制動(dòng)保護(hù)。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著光纖傳感技術(shù)、光纖通信技術(shù)的飛速發(fā)展，變壓器勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)在智能化變電站中的以及電力系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用將越發(fā)廣泛。如何發(fā)揮抑制技術(shù)的工程優(yōu)勢(shì)，以專題研究的方式突破其應(yīng)用瓶頸規(guī)避其問(wèn)題，將成為勵(lì)磁研發(fā)工作者的艱巨任務(wù)。而變電站設(shè)計(jì)工作者應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)技術(shù)革新，將最新的技術(shù)成果應(yīng)用于工程實(shí)際，發(fā)揮勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，優(yōu)化智能化變電站的設(shè)計(jì)及施工過(guò)程。

參考文獻(xiàn)：

[1] 霍現(xiàn)軍.變壓器合閘時(shí)勵(lì)磁涌流分析及對(duì)策[J].江蘇電器，2007，（6）.