變壓器和應(yīng)涌流機(jī)理特征及影響簡要分析

董小磊

摘 要：針對(duì)變壓器和應(yīng)涌流問題，目前的研究成果——國內(nèi)外學(xué)者共同得出的結(jié)晶，也相應(yīng)的有一些防范的措施提出來?？墒菍?shí)際上，存在多臺(tái)變壓器串、并聯(lián)的現(xiàn)象，缺乏深入詳細(xì)的研究和應(yīng)涌流的分布及其對(duì)系統(tǒng)中各保護(hù)的影響，即使提出了舉措也很難對(duì)和應(yīng)涌流引起保護(hù)誤動(dòng)根除。堅(jiān)信這一問題將會(huì)因?yàn)椴粩囡w速發(fā)展的科學(xué)技術(shù)而改變。該文簡要闡述了變壓器和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理及其產(chǎn)生的根本原因。然后結(jié)合和應(yīng)涌流的特點(diǎn)，分析了其對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響和應(yīng)對(duì)措施。

關(guān)鍵詞：變壓器 和應(yīng)涌流 差動(dòng)保護(hù) 措施分析

中圖分類號(hào)：M T41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）11（c）-0100-01

近年來，有很多報(bào)道空投變壓器會(huì)讓相鄰變壓器或發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，這一現(xiàn)象也得到了業(yè)內(nèi)學(xué)者的懷疑，他們紛紛覺得和應(yīng)涌流直接影響變壓器。和應(yīng)涌流現(xiàn)象實(shí)際上就是處于電網(wǎng)中鄰近的并聯(lián)或串聯(lián)變壓器之間，有可能因?yàn)槠渌儔浩鞯暮祥l導(dǎo)致已經(jīng)工作的變壓器發(fā)生涌流現(xiàn)象。

1 和應(yīng)涌流的產(chǎn)生機(jī)理和特點(diǎn)

經(jīng)過眾多的實(shí)驗(yàn)和研究我們可以得出結(jié)果，從根本上說，之所以會(huì)產(chǎn)生變壓器勵(lì)磁涌流是因?yàn)樽儔浩麒F心飽和。如果變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，只要鐵心一飽和，相對(duì)導(dǎo)磁率就會(huì)離的很近，會(huì)減少勵(lì)磁阻抗，那么勵(lì)磁電流就會(huì)變大，這就是勵(lì)磁涌流。它的數(shù)值將會(huì)超過額定電流的6～8倍。這項(xiàng)電流會(huì)往差動(dòng)繼電器里流動(dòng)，保護(hù)裝置誤動(dòng)就有可能會(huì)產(chǎn)生。涌流會(huì)在上面這兩種情況下產(chǎn)生，除此之外，如果變壓器被連接到發(fā)電廠或變電所內(nèi)母線上兩臺(tái)或超過兩臺(tái)的時(shí)候，要是一臺(tái)變壓器進(jìn)行空載合閘，勵(lì)磁涌流就會(huì)在變壓器繞組中產(chǎn)生，而在這同一時(shí)候，和應(yīng)涌流就是在和它并聯(lián)或級(jí)聯(lián)運(yùn)行的其他中性點(diǎn)接地變壓器繞組中產(chǎn)生的浪涌電流?，F(xiàn)在兩臺(tái)變壓器和應(yīng)涌流產(chǎn)生的機(jī)理已經(jīng)詳細(xì)的解釋于相關(guān)文獻(xiàn)當(dāng)中，實(shí)際上，合閘變壓器勵(lì)磁涌流流過系統(tǒng)電阻使得其他變壓器工作母線電壓偏移，導(dǎo)致鐵心飽和是和應(yīng)涌流產(chǎn)生的根本原因。

由楞次定律及電源電壓的對(duì)稱性，可以推導(dǎo)得：

變壓器T1正常運(yùn)行，此時(shí)變壓器T2空載投入。當(dāng)開關(guān)K合閘時(shí)，變壓器T2中會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流i2，i2完全偏于時(shí)間軸一側(cè)，含有很大的非周期分量，非周期分量電流通過系統(tǒng)電阻造成的電壓降使得變壓器T1、T2的母線電壓產(chǎn)生直流偏移。由于變壓器的磁通是加載在變壓器上的電壓的積分，變壓器T1的新增磁通將隨著母線電壓的偏移而向一側(cè)偏移發(fā)展，此偏移磁通增量疊加周期磁通分量將導(dǎo)致T1鐵心在偏移一側(cè)飽和，在和應(yīng)涌流產(chǎn)生的初期，設(shè)變壓器T1已處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，則T1中的電流i1不含直流分量，而T2中的電流i2為空載合閘勵(lì)磁涌流，含有很大的直流分量，假設(shè)i2為正值，則每個(gè)周期磁鏈都在向負(fù)方向偏移。經(jīng)過一段時(shí)間之后，T1進(jìn)入飽和區(qū)，產(chǎn)生涌流，即和應(yīng)涌流。使得T1產(chǎn)生和應(yīng)涌流。

和應(yīng)涌流的主要特征：

（1）如果產(chǎn)生了和應(yīng)涌流，就會(huì)在幾個(gè)周期內(nèi)急劇增加到最大。

（2）相比于普通涌流，和應(yīng)涌流的衰減速度更慢。

（3）合閘變壓器和運(yùn)行變壓器的涌流是往相反方向交替出現(xiàn)的，而且不會(huì)出現(xiàn)重疊的情況。

（4）和應(yīng)涌流的波形特征比較接近于普通涌流。

（5）運(yùn)行變壓器和應(yīng)涌流的間斷角比普通涌流大。

（6）兩臺(tái)變壓器的和電流和奇對(duì)稱波形比較接近，非周期分量接近于零，偶次諧波含量小。

（7）和應(yīng)涌流不會(huì)在運(yùn)行變壓器二次側(cè)存在負(fù)載時(shí)出現(xiàn)。

2 和應(yīng)涌流對(duì)差動(dòng)保護(hù)的影響及目前的一些應(yīng)對(duì)措施

和應(yīng)涌流最顯著的地方就是其非周期分量衰減速度十分慢。通常而言，非周期分量的作用是引起電流互感器暫態(tài)飽和最重要的原因，如果長期存在非周期分量，那么電流互感器的暫態(tài)飽和就很有可能會(huì)發(fā)生，我們都知道和電流互感器受到非周期分量的作用后，需要經(jīng)一定的時(shí)間才能飽和。就當(dāng)前來說這種情況非常相似于和應(yīng)涌流引起變壓器、發(fā)電機(jī)、發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的情況，而且差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作時(shí)間通常是經(jīng)過空載合閘后幾十個(gè)周期才動(dòng)作的。并且勵(lì)磁涌流直接導(dǎo)致誤動(dòng)的問題對(duì)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)來說是不應(yīng)該存在的。所以說導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的主要原因并不是和應(yīng)涌流本身，而是由于和應(yīng)涌流中長時(shí)間不衰減的非周期分量引起的電流互感器局部暫態(tài)飽和導(dǎo)致的。

3 和應(yīng)涌流對(duì)發(fā)電廠參與機(jī)組協(xié)調(diào)控制功率變送器的影響

某電廠在進(jìn)行4號(hào)主變?nèi)珘簺_擊，#3機(jī)組有功功率測量值上升到625MW，超出量程（500MW）上限，引起#3機(jī)保護(hù)誤動(dòng)作而跳機(jī)。分析原因?yàn)閷?duì)#4機(jī)主變?nèi)珘簺_擊時(shí)，其瞬間產(chǎn)生和應(yīng)涌流對(duì)電氣二次回路產(chǎn)生3次諧波的可能性比較大，使有功功率上升了近25%，該情況并非變送器質(zhì)量問題，而是確實(shí)存在的諧波功率，目前功率變送器輸出信號(hào)的濾波時(shí)間常數(shù)按GB/T13850-1998標(biāo)準(zhǔn)，要求≤400 mS，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)一般控制在300 mS左右，如果要求增加濾波時(shí)間常數(shù)（比如要求1500 mS≤濾波時(shí)間≤2000 mS），但目前該產(chǎn)品正在研發(fā)當(dāng)中，尚未投入市場。

根據(jù)對(duì)某常用型號(hào)三相三線功率變送器在諧波源上試驗(yàn)可以得出內(nèi)容（在100V電壓5A電流的50Hz基波上同時(shí)疊加20%的諧波量），分析這些數(shù)據(jù)可以得出的結(jié)果是相對(duì)于基波來說，如果功率變送器的電壓、電流回路有諧波時(shí)，就會(huì)降低或者增加變送器的輸出值及標(biāo)準(zhǔn)表的測量值，可是變送器輸出值與標(biāo)準(zhǔn)表測量值比對(duì)的誤差通常比變送器的等級(jí)指數(shù)還小（如表1）。

因?yàn)槟壳鞍l(fā)電廠參與機(jī)組協(xié)調(diào)控制功率變送器受到和應(yīng)涌流的作用因而難以得到兩全其美的完善方法。

經(jīng)上面的詳細(xì)介紹和分析我們可以得出：因?yàn)楹祥l變壓器勵(lì)磁涌流流過系統(tǒng)電阻，因而偏移了另外的變壓器工作母線，這樣一來鐵心會(huì)出現(xiàn)飽和的現(xiàn)象，所以導(dǎo)致和應(yīng)涌流的產(chǎn)生。之所以會(huì)出現(xiàn)和應(yīng)涌流，這其中的原因有很多，而且還會(huì)形成多種形式，其會(huì)廣泛而隱蔽的產(chǎn)生危害，人們也開始越來越重視因它而產(chǎn)生的保護(hù)勿動(dòng)問題。

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