摘 要：随着我国经济和社会的进步，电力事业得到了飞速发展，变压器作为电力系统的重要组成部分，在变电系统中的作用越来越重要。变压器的运行条件极其复杂，其运行的可靠性、稳定性、直接关系着整个电力系统的安全性，由其是变压器的制动过程对于电力系统的电压和电流等的冲击较明显，因此本文阐述了变压器励磁涌流，分析了自适应二次谐波分相制动技术，以期为今后电力系统中变压器的制定工作提供技术参考。
关键词：变压器励磁涌流;自适应二次谐波;分相制动技术
中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）24-0000-00
0引言
电力系统作为我国工业和社会发展的重要保障，其运行情况不仅关系国家的战略方针，也与我们每个人的生活息息相关，同时涉及我国的军事领域、经济领域、工业领域等各大领域，因此电力系统的运行可靠性引起各界人士的广泛关注。变压器作为电力系统重要的电气组成原件，其运行维护条件复杂，而且断电之后，存在大量的剩磁，上电之后剩磁的存在会使变压器的自身铁芯内部电流充分饱和，产生非常大的励磁涌流。过大的励磁涌流极易引起变压器的差动保护误动作，同时伴随产生谐波污染、铁芯谐振、电流电压大幅度波动等危害，变压器中的差动保护是本身故障自动保护的主要方式，因此我们在日常电力系统的维护保养过程中要极力避免励磁涌流对变压器差动保护误动的问题。近年来就上述问题提出了许多的解决方法和技术，其中的二次谐波制动技术成熟、简单、容易实现，在电力工程中已经得到了广泛的应用。但是二次谐波制动技术不能依据基波与二次谐波自动调整二次谐波的制动比，改善变压器抗短路的能力，同时也不能克服分相制动带来的差动保护滞后的问题[1-4]。因此研究变压器励磁涌流的自适应二次谐波分相制动技术具有重要的意义。
1 变压器励磁涌流概述
1.1变压器励磁涌流的产生原因与特点
变压器励磁涌流产生的主要原因是自身铁芯电流过度饱和所致，我们研究变压器结构可以看出，其励磁回路相当于一个非线性的电感线圈，如果变压器运行正常，其自身铁芯中的电流处于未饱和状态，磁导率相对较大，进而使变压器自身绕组产生较大电感，此时变压器中的励磁电流对于自身的差动保护影响很小，励磁电流大小仅为变压器额定电流的2%-10%。当变压器在运行过程中突然空载合闸或切除外部故障上电时，其外界电压出现快速升高，即由小电压升高至正常运行状态电压，在该过程中变压器自身铁芯会迅速达到饱和甚至过饱和状态，产生巨大的励磁电流，此电流值高达变压器额定电流的6-8倍，因此变压器就产生了励磁涌流。变压器励磁涌流的主要特点如下：
（1）对于三相变压器而言，任意两项之间的相位差为120度，导致该相位差也在三相励磁电流中存在，相位角同样为120度，可以看出不管在何种条件下空载合闸，至少存在两相会产生励磁涌流;
（2） 三相变压器的其中一相励磁涌流存在对称涌流的可能，其产生的谐波不偏离时间轴，而另外两相会与时间轴存在偏离，存在非对称电磁涌流，非对称电磁涌流比对称涌流的幅值大的多;
（3）变压器励磁涌流的非周期分量的数值极大，而且与升压间断角密切相关，随着升压间断角的减小，非周期分量越来越大;
（4）对于三相变压器而言，其励磁涌流中总是有一相是周期性变化的电流，而且该数值还挺大的，同时不存在直流分量。三相变压器非对称励磁涌流导致非周期电流分量的存在，相较于对称励磁涌流就不存在非周期的电流分量。
1.2变压器励磁涌流的影响因素
变压器励磁涌流的主要影响因素包括变压器上电时的合闸初相角、铁芯的剩磁强度、上电电压、系统的阻抗大小，具体影响关系如下：
（1）合闸初相角。不考虑剩磁对励磁涌流的影响，当变压器的初相角为0度时，就会使变压器铁芯中产生电流过饱和的情况，致使其励磁涌流快速升高，达到正常额定电流的6-8倍，甚至比这更高的电流值。当合闸角为90度时，磁通量变化按照正弦规律进行，变压器直接进入稳态磁通模式，不会产生励磁涌流现象。
（2）剩磁。变压器自身铁芯中的剩磁为正向最大时，不管合闸初相角为0度还是90度，线圈中均会存在磁通量在合闸过程中产生暂态过程，相比较后者产生的磁通量变化更大。剩磁为反向最大时，合闸初相角为90度时，磁通量在合闸时存在暂态过程，而当合闸初相角为0度时，不存在暂态过程，无励磁涌流。当不存在剩磁时，磁通量的变化刚好与剩磁反向时的影响相反。
（3）上电电压。变压器的上电电压对励磁涌流的影响主要表现在对自身线圈中的磁通量幅值的影响，当上电电压增大时，励磁涌流的幅值也会升高。
（4）系统阻抗。变压器系统阻抗对励磁涌流的影响主要表现在对自身线圈磁通量变化速率的作用，对励磁涌流幅值大小波动的影响，并且当变压器产生的是对称励磁涌流时，其强度的大小与系统阻抗的大小没有关系。
2 变压器励磁涌流的自适应二次谐波分相制动技术
当前电力系统中使用的变压器多数采用Y形连接和Δ形连接的方式，众所周知，Δ形连接的变压器绕组中一般不设置电流互感器测量环路电流的设备，根本不能完成各相电流差动保护的功能，如果使用了线电流差动保护器件进行电流的检测，就可能产生对称性涌流，由于对称性涌流不能产生明显的谐波信号，使得检测设备不能识别有效信号，进而完成涌流制动保护。当前变压器的制动方式多采用最大相制动的模式，在变压器本身出现问题时，差动保护也会由于内部其它相涌流制动而削弱相应时间。为此下面将介绍一种变压器励磁涌流的自适应二次谐波分相制动技术。
2.1变压器绕组电流计算
常见的变压器接线方式之一如图1所示，由3个单相变压器组成，并且各相相互独立，磁路互不干扰，适用于大型变压器的接线形式。
其中ia1、ib1、ic1分别为变压器△连接时的电流，ia、ib、ic为△连接各相绕组的电流，ea、eb、ec分别为主磁通在绕组中的感应电动势。忽略回路的电阻，计算得到变压器各个绕组的电流计算公式如下：
根据公式（1）可以根据变压器两侧电流互感器测量的线电流计算三角形绕组电流ia、ib、ic。
2.2电感参数识别
计算三角形接线方式下变压器绕组电流时，需要我们了解变压器原副边绕组的分布及各自的漏感和对应的电感参数。通常变压器会标识出其短路电抗，目前工程中的处理方式是假定原副边绕组的漏感是短路电抗的二分之一，这样必将引入了计算误差。而且当变压器出现问题时，绕组中的电流流经的线圈匝数存在变化，将会导致变压器的漏感发生波动，与此同时系统的零序电感也会由于运行方式的变化而变化。因此为了保证变压器能够正常工作和内部出现故障问题时能够精准的计算自己的三角形布置绕组的电流大小，引入参数辨识技术对变压器工作过程中的漏感参数和系统零序电感参数进行在线辨识。
2.3变压器励磁涌流的自适应二次谐波分相制动技术
针对当前变压器励磁涌流制动存在的不足，提出了一种变压器励磁涌流的自适应二次谐波分相制动技术，该技术通过辨识变压器运行过程中的原副边绕组的漏感参数，运用2.1推导出的计算公式可以计算出三角形接线方式下变压器的绕组电流，进而计算得出变压器原副边绕组电流的计算差流，得到变压器的励磁电流，消除了绕组对称性涌流出现的可能，因此提出了变压器分相制动技术。通过控制变压器各相差流的二次谐波比，当其大于设定值时才进行制动动作，执行差动保护命令，制动判据如下：
式中，，分别为三项绕组差流的基波幅值;，，分别为三相绕组差流的二次谐波幅值。该技术依据变压器基波和二次谐波的相位关系，自适应调整二次谐波制动比，从根本上解决了变压器二次谐波制动应用中存在的困难，同时消除了对称涌流出现的可能，达到了分相制动的目的，保证了变压器差动保护的可靠动作。
3 结语
励磁涌流是变压器应用过程中必然存在的共性问题，该问题的存在容易引起变压器运行过程中差动保护的误动作，威胁变压器本身及电力系统的安全和可靠运行。本文通过分析三角形接线方式变压器的共性问题，提出了三角形连接方式变压器绕组电流的计算方法，提出了计算过程中应该获得的参数，最后提出了变压器励磁涌流的自适应二次谐波分相制动技术，以期为电力系统的设计、维护、维修工程提供技术支持。
参考文献
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收稿日期：2019-10-22
作者简介：张伟林（1992—），男，甘肃白银人，本科，助理工程师，主要从事继电保护工作。
