变压器励磁涌流及鉴别方法

1、6 6.3 .3 变压器励磁涌流及其鉴别方法变压器励磁涌流及其鉴别方法单相变压器的励磁涌流单相变压器的励磁涌流三相变压器的励磁涌流三相变压器的励磁涌流防止励磁涌流引起误动的方法防止励磁涌流引起误动的方法6.3.1 6.3.1 单相变压器的励磁涌流单相变压器的励磁涌流电压与磁通之间的关系电压与磁通之间的关系（标幺值）（标幺值）：dudt设变压器再设变压器再t=0时空载合闸，加在变压器上的电压为：时空载合闸，加在变压器上的电压为：sin()muut可解除，此时磁通为：可解除，此时磁通为：0cos()mt 稳态磁通分量稳态磁通分量非周期分量（直流分量）非周期分量（直流分量）6.3.1 单相变压器的励

2、磁涌流由于铁芯的由于铁芯的磁通不能突变磁通不能突变，所以可以求得：，所以可以求得：0cos( )mr 变压器铁芯的剩磁，其大小和方向与变压器切除变压器铁芯的剩磁，其大小和方向与变压器切除 时刻的电压有关。时刻的电压有关。r0cos()mt 但在变压器空载合闸时产生的暂态过程中，由于但在变压器空载合闸时产生的暂态过程中，由于 的作用使的作用使 可能会大于可能会大于 ，造成变压器铁芯的保护。，造成变压器铁芯的保护。6.3.1 6.3.1 单相变压器的励磁涌流单相变压器的励磁涌流 电力变压器的饱和磁通一般为电力变压器的饱和磁通一般为 ，而变压器的运行电压一般不会超过额定电压的而变压器的运行电压一般不

3、会超过额定电压的10%，相应，相应的磁通的磁通 不会超过饱和磁通不会超过饱和磁通 。变压器稳态运行时，变压器稳态运行时，铁芯是不饱和的铁芯是不饱和的。1.15 1.4sat0satsat6.3.1 6.3.1 单相变压器的励磁涌流单相变压器的励磁涌流0satt2mr 112正常运行正常运行: :不饱和；不饱和；空载合闸空载合闸: :由于直流分量的由于直流分量的影响，可能饱和；影响，可能饱和；合闸半个周期后磁通达到合闸半个周期后磁通达到最大值，饱和最严重。最大值，饱和最严重。 是以是以22为周期变化，在为周期变化，在区间：区间：时发生饱和。时发生饱和。11(,2)t110 ,cosarccosm

4、satrm变压器的近似磁化曲线如图所示。变压器的近似磁化曲线如图所示。 6.3.1 单相变压器的励磁涌流 由图可见，铁芯不饱由图可见，铁芯不饱和时，磁化曲线的斜率和时，磁化曲线的斜率很大，很大，励磁电流近似为励磁电流近似为零零，铁芯饱和后，磁化，铁芯饱和后，磁化曲线的斜率很小，励磁曲线的斜率很小，励磁电流大大增加，形成励电流大大增加，形成励磁涌流。磁涌流。6.3.1 6.3.1 单相变压器的励磁涌流单相变压器的励磁涌流 由前面分析可知，在（由前面分析可知，在（0 0，22）周期内，在区间：）周期内，在区间：11(,2)t铁芯饱和。铁芯饱和。因此励磁电流可表示为：因此励磁电流可表示为：11111

5、0,02im(coscos ),2i 或it1126.3.1 6.3.1 单相变压器的励磁涌流单相变压器的励磁涌流 由图可见，波形完全偏离时间轴的一次，且是间断由图可见，波形完全偏离时间轴的一次，且是间断的，波形间断的宽度称为励磁涌流的间断角的，波形间断的宽度称为励磁涌流的间断角 。12jt112jj 间断角间断角 是区分励磁涌流和故障电流的一个重要特是区分励磁涌流和故障电流的一个重要特征，饱和越严重间断角越小。征，饱和越严重间断角越小。j6.3.1 6.3.1 单相变压器的励磁涌流单相变压器的励磁涌流 的数值与变压器电压（稳态磁通）幅值的数值与变压器电压（稳态磁通）幅值 、合闸、合闸角角 以

6、及铁芯剩磁以及铁芯剩磁 有关。通常关心各种情况下最小的有关。通常关心各种情况下最小的间断角，在计算时可取间断角，在计算时可取 、 、 ， 取最大剩磁。变压器的最大剩磁与许多因素有关，现场取最大剩磁。变压器的最大剩磁与许多因素有关，现场实测也很困难，具体数值目前还有争议，较为保守的可实测也很困难，具体数值目前还有争议，较为保守的可取取 ，可算得可算得 。jmr1 . 1m015. 1satr7 . 0r108j6.3.1 6.3.1 单相变压器的励磁涌流单相变压器的励磁涌流 励磁涌流中除了基波分量外，还存在大量的非周期分量励磁涌流中除了基波分量外，还存在大量的非周期分量和谐波分量。由于励磁涌流是

7、周期函数，可以展开成傅立叶和谐波分量。由于励磁涌流是周期函数，可以展开成傅立叶级数：级数：10(sincos)2nnnbianbn1sin1cosnnain dbin d 分解之后可得到非周期分量分解之后可得到非周期分量 ，基波分量，基波分量 以及高次谐波分量以及高次谐波分量 。 002bi22111iab22nnniab6.3.1 6.3.1 单相变压器的励磁涌流单相变压器的励磁涌流 通常关通常关心心的是励磁涌流中非周期分量和高次谐波分量的的是励磁涌流中非周期分量和高次谐波分量的含量，在上面分析的前提条件下，它们只与间断角有关，与含量，在上面分析的前提条件下，它们只与间断角有关，与励磁涌流幅

8、值无关，下表给出了集中间断角下的谐波含量。励磁涌流幅值无关，下表给出了集中间断角下的谐波含量。108j150j180j6.3.1 6.3.1 单相变压器的励磁涌流单相变压器的励磁涌流 综综合合以上分析，单相变压器励磁涌流的特点为：以上分析，单相变压器励磁涌流的特点为： （1 1）在变压器空载合闸时，涌流是否产生以及涌流的大）在变压器空载合闸时，涌流是否产生以及涌流的大小与合闸角有关，合闸角小与合闸角有关，合闸角=0=0和和=时励磁涌流最大；时励磁涌流最大； （2 2）波形完全偏流时间轴的一侧，并且出现间断，涌流）波形完全偏流时间轴的一侧，并且出现间断，涌流越大，间断角越小；越大，间断角越小；

9、（3 3）含有很大成分的非周期分量，间断角越小，非周期）含有很大成分的非周期分量，间断角越小，非周期分量越大；分量越大； （4 4）含有大量的高次谐波分量，而以二次谐波为主，间）含有大量的高次谐波分量，而以二次谐波为主，间断角越小，二次谐波也越小。断角越小，二次谐波也越小。6.3.2 6.3.2 三相变压器的励磁涌流三相变压器的励磁涌流 对于对于y,d11y,d11接线方式的三相变压器，引入每相差动保护的接线方式的三相变压器，引入每相差动保护的电流是两个变压器绕组电流之差，其励磁涌流也应该是两个电流是两个变压器绕组电流之差，其励磁涌流也应该是两个绕组励磁涌流的差值，即：绕组励磁涌流的差值，即：

10、. .a rabiii. .b rbciii. .c rcaiii 两个励磁涌流相减后，涌流的时域特征和频域特征都有两个励磁涌流相减后，涌流的时域特征和频域特征都有所变化。下面以一算列说明。所变化。下面以一算列说明。6.3.1 单相变压器的励磁涌流 计算条件计算条件: :1.1m 经过计算，可得到励磁涌流的波形以及谐波的含量，如经过计算，可得到励磁涌流的波形以及谐波的含量，如图所示。图所示。1.15sat 三相剩磁三相剩磁: :.0.7r a.0.7r br c 三相合闸角三相合闸角: :0a4/3b2/3b6.3.1 单相变压器的励磁涌流2234322343. .a rabiii.ai.bi

11、.ci间断角：78.6二次谐波含量：14.8%.ai.ai6.3.1 单相变压器的励磁涌流2234322343. .b rbciii.ai.bi.ci间断角：49.6二次谐波含量：37.6%.bi.bi6.3.1 单相变压器的励磁涌流2234322343. .c rcaiii.ai.bi.ci间断角：78.6二次谐波含量：14.8%.ci.ci6.3.1 单相变压器的励磁涌流结合上面算例，对于一般情况，三相变压器励磁涌流有以下特点结合上面算例，对于一般情况，三相变压器励磁涌流有以下特点: :（1 1）由与三相电压之间有）由与三相电压之间有120120的相位差，因而三相励磁涌流不会相同，的相位差

12、，因而三相励磁涌流不会相同，任何情况下空载投入，至少在两相中要出现不同程度的涌流。任何情况下空载投入，至少在两相中要出现不同程度的涌流。（2 2）某相励磁涌流可能不再偏离时间轴的一侧，变成了对称性涌流。其）某相励磁涌流可能不再偏离时间轴的一侧，变成了对称性涌流。其他两相仍为偏离时间轴一侧的非对称性涌流。对称性涌流的数值比较小，他两相仍为偏离时间轴一侧的非对称性涌流。对称性涌流的数值比较小，非对称性涌流含有大量的非周期分量，但对称性涌流中无非对称性涌流含有大量的非周期分量，但对称性涌流中无非非周期性分量。周期性分量。（3 3）三相励磁涌流中有一相或两相二次谐波含量比较小，但至少有一相）三相励磁涌

13、流中有一相或两相二次谐波含量比较小，但至少有一相比较大。比较大。（4 4）励磁涌流的波形仍然是间断的，但间断角显著减小，其中又以对称）励磁涌流的波形仍然是间断的，但间断角显著减小，其中又以对称性涌流的间断角最小，但对称性涌流的正向最大值与反向最大值之间的相性涌流的间断角最小，但对称性涌流的正向最大值与反向最大值之间的相位差（波宽）为位差（波宽）为120120，而稳态电流波宽为，而稳态电流波宽为180180。6.3.3 6.3.3 防止励磁涌流引起误动的方法防止励磁涌流引起误动的方法1 二次谐波制动的方法二次谐波制动的方法二次谐波制动二次谐波制动根据励磁涌流中含有大量二次谐波分量的根据励磁涌流中

14、含有大量二次谐波分量的特点，当检测到差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差特点，当检测到差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以防止励磁涌流引起的误动。动继电器闭锁，以防止励磁涌流引起的误动。二次谐波制动的差动保护二次谐波制动的差动保护采用二次谐波制动方法的保护。采用二次谐波制动方法的保护。动作判据：动作判据：122iki 二次谐波幅值二次谐波幅值基波幅值基波幅值二次谐波制动比，可取二次谐波制动比，可取15%20%，根据具体情况而定，根据具体情况而定 对于实际运行的三相变压器，早先的二次谐波制动是采对于实际运行的三相变压器，早先的二次谐波制动是采用按相制动的方案。若某相的二次谐波

15、含量大于用按相制动的方案。若某相的二次谐波含量大于k k2 2，就闭锁，就闭锁该相的差动保护，然而，在涌流严重时，二次谐波含量将小该相的差动保护，然而，在涌流严重时，二次谐波含量将小于于15%15%，因此差动保护可能会误动。若降低整定值，则会影，因此差动保护可能会误动。若降低整定值，则会影响内部故障时纵差动保护的动作速度（等待短路电流二次谐响内部故障时纵差动保护的动作速度（等待短路电流二次谐波衰减）。波衰减）。 由于三相励磁涌流中至少有一相二次谐波含量较高，近由于三相励磁涌流中至少有一相二次谐波含量较高，近年来，年来，一般采用一般采用“三相或门制动三相或门制动”方案：三相差动电流中只方案：三相

16、差动电流中只要有一相的二次谐波含量超过制动比，就将三相差动继电器要有一相的二次谐波含量超过制动比，就将三相差动继电器全部闭锁。全部闭锁。 变压器内部故障时，测量电流中的暂态分量也可能存在变压器内部故障时，测量电流中的暂态分量也可能存在二次谐波，若含量超过二次谐波，若含量超过k2k2，差动保护也将会闭锁，直到暂态，差动保护也将会闭锁，直到暂态分量衰减后才能动作。为了加快内部严重故障时纵差动保护分量衰减后才能动作。为了加快内部严重故障时纵差动保护的动作速度，往往增加一组不带二次谐波制动的差动保护，的动作速度，往往增加一组不带二次谐波制动的差动保护，称之为称之为差动保护的速断保护差动保护的速断保护，

17、其整定值按躲过最大励磁涌流，其整定值按躲过最大励磁涌流整定。整定。.rsetraii.rsetrbii.rsetrcii.rasetraii.rbsetrbii.rcsetrcii122aaiki122bbiki122cciki1111&1 闭锁差动保护不带制动特性差动保护不带制动特性差动保护带制动特性差动保护带制动特性差动保护 二次谐波制动差动保护优点：二次谐波制动差动保护优点：简单、调试方便、灵敏度高简单、调试方便、灵敏度高二次谐波制动差动保护缺点：二次谐波制动差动保护缺点：（1 1）在具有静止无功补偿装置等电容分量比较大的系统，）在具有静止无功补偿装置等电容分量比较大的系统，故障暂态电流

18、中含有大量二次谐波，差动保护的动作速度故障暂态电流中含有大量二次谐波，差动保护的动作速度将受影响。将受影响。（2 2）若空载合闸前变压器已经存在故障，合闸后故障相）若空载合闸前变压器已经存在故障，合闸后故障相为故障电流，非故障相为励磁涌流，采用三相或门制动的为故障电流，非故障相为励磁涌流，采用三相或门制动的方案时，差动保护必将被闭锁。由于励磁涌流衰减很慢，方案时，差动保护必将被闭锁。由于励磁涌流衰减很慢，保护的动作时间可能会长达数百毫秒。保护的动作时间可能会长达数百毫秒。6.3.3 防止励磁涌流引起误动的方法2 间断角鉴别的方法间断角鉴别的方法间断角鉴别间断角鉴别励磁涌流的波形中会出现间断角，而变压器励磁涌流的波形中会出现间断角，而变压器内部故障时流入差动继电器的稳态差电流是正弦波，不会出内部故障时流入差动继电器的稳态差电流是正弦波，不会出现间断角。间断角鉴别的方法就是利用这个特征鉴别励磁涌现间断角。间断角鉴别的方法就是利用这个特征鉴别励磁涌流和故障电流，即通过检测差电流波形是否存在间断角，当流和故障电流，即通过检测差电流波形是否存在间断角，当间断角大于整定值时将差动保护闭锁。间断角大于整定值时将差动保护闭锁。动作判据一般有动作判据一般有间断角判据间断角