變壓器勵磁涌流產(chǎn)生機理及抑制措施探討論文范本
1、變壓器勵磁涌流及特點(diǎn)
變壓器是一種依據電磁感應原理制造而成的靜止元件，是交流輸電系統中用于電壓變換的重要電氣設備。當合上斷路器給變壓器充電時(shí)，有時(shí)候，能夠觀(guān)察到變壓器電流表的指針有很大擺動(dòng)，隨后，很快又返回到正常的空載電流值，這個(gè)沖擊電流通常就被稱(chēng)為勵磁涌流。
總的來(lái)說(shuō)，變壓器勵磁涌流有以下幾個(gè)特點(diǎn)：第一，波形呈現尖頂形狀，表明其中含有相當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(zhù)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)。對于單相變壓器來(lái)說(shuō)，當電壓過(guò)零點(diǎn)投入時(shí)，勵磁涌流幅值最大。由于三相變壓器各相間有120度相位差，所以涌流也不盡相同。第三，在最初幾個(gè)波形中，涌流將出現間斷角。第四，涌流衰減的時(shí)間常數與變壓器阻抗、容量和鐵心材料等都相關(guān)。
2、勵磁涌流產(chǎn)生機理
變壓器勵磁涌流是由變壓器鐵心飽和引起的。在鐵心不飽和時(shí)，鐵心磁化曲線(xiàn)的斜率很大，勵磁電流近似為零;一旦鐵心出現飽和，磁化曲線(xiàn)斜率變小，電流隨著(zhù)磁通線(xiàn)性增長(cháng)，最終演變?yōu)閯畲庞苛鳌?/p>
下面以單相變壓器空載合閘為例分析勵磁涌流產(chǎn)生機理。設變壓器在時(shí)間t=0時(shí)合閘，則施加于變壓器上的電壓為：
(1)
又，變壓器電壓與磁通間的關(guān)系為： (2)
故： (3)
式(3)中第一式為穩態(tài)磁通，后兩式為暫態(tài)磁通，為鐵心剩磁，與合閘時(shí)刻的電壓相關(guān)。
計及成本和工藝，現代常用的電力變壓器飽和磁通一般設為1.15～1.4，而變壓器運行電壓一般不應超過(guò)額定電壓的10%。因此，變壓器穩態(tài)正常運行時(shí)，磁通不會(huì )超過(guò)飽和磁通，鐵心也不會(huì )飽和。但在暫態(tài)過(guò)程中，如變壓器空載合閘時(shí)，由于剩磁的作用，運行磁通就有可能大于飽和磁通，從而造成變壓器飽和。例如，最嚴重的是電壓過(guò)零時(shí)刻，合閘，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，磁通達到，將遠大于飽和磁通，造成變壓器嚴重飽和。
3、抑制措施
對于現場(chǎng)中常用的三相電力變壓器，防止變壓器勵磁涌流引起差動(dòng)保護的措施主要有以下幾類(lèi)。
3.1 采用速飽和中間變流器
差動(dòng)保護按照躲開(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)保護能夠減少非周期分量造成的保護誤動(dòng)，如BCH-2型就是一種增強型速飽和中間變流器的差動(dòng)保護。這種差動(dòng)保護的核心部分是帶短路線(xiàn)圈的飽和中間變流器和差動(dòng)電流繼電器。短路線(xiàn)圈的存在使得在具有非周期分量電流時(shí)繼電器的動(dòng)作電流大為增加，從而提高了躲避勵磁涌流和外部短路時(shí)暫態(tài)不平衡電流的性能。采用BCH-2型差動(dòng)保護要注意短路線(xiàn)圈匝數的確定匝數愈多躲避涌流的性能愈好，但內部短路時(shí)繼電器的`動(dòng)作延時(shí)就長(cháng)。對中小型變壓器，由于勵磁涌流倍數大，內部故障時(shí)非周期分量衰減快，對保護動(dòng)作要求又較低，一般選較大的匝數，而對大型變壓器，內部涌流倍數小，非周期分量衰減慢，又要求保護動(dòng)作快，則應選較小的匝數。最后選用的抽頭是否合適，應經(jīng)變壓器空投試驗來(lái)確定。同時(shí)，靈敏度檢驗應按內部短路時(shí)最小短路電流來(lái)進(jìn)行。如不滿(mǎn)足要求，則應選帶制動(dòng)特性的差動(dòng)保護。與BCH-2型原理相同的還有DCD-2型差動(dòng)繼電器構成的差動(dòng)保護。
總的來(lái)說(shuō)，帶速飽和原理的縱差保護由于動(dòng)作電流大，靈敏度低，并且在變壓器內部故障時(shí)，會(huì )由于非周期分量的存在而延遲動(dòng)作，已逐步被淘汰。
3.2 二次諧波制動(dòng)
依照勵磁涌流中含有二次諧波的特點(diǎn)，設計了二次諧波制動(dòng)的方法，一旦保護檢測到差流中含有的二次諧波大于保護整定值，就閉鎖保護繼電器，防止勵磁涌流引起保護動(dòng)作。二次諧波制動(dòng)的動(dòng)作判據可寫(xiě)為： (4)
其中，和分別為差流中的基波和二次諧波分量的幅值，為二次諧波制動(dòng)比�，F場(chǎng)應用時(shí)，根據運行經(jīng)驗和空載合閘試驗，一般按照躲過(guò)各種勵磁涌流下，最小的二次諧波含量整定。一般而言，二次諧波制動(dòng)比可設為(15%，20%)。
二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護原理簡(jiǎn)單，調試簡(jiǎn)便，靈敏度高，在當前變壓器縱差保護中應用廣泛。但是，在安裝有靜止無(wú)功補償裝置等電容分量比較大的系統，故障暫態(tài)電流中也有較大的二次諧波含量，致使差動(dòng)保護動(dòng)作速度受到影響。若空載合閘前變壓器已經(jīng)存在故障，合閘后故障相為故障電流，非故障相為勵磁涌流，采用三相或門(mén)制動(dòng)的方案時(shí)，差動(dòng)保護必將被閉鎖。由于勵磁涌流衰減很慢，保護的動(dòng)作時(shí)間可能會(huì )長(cháng)達數百毫秒。這也是二次諧波制動(dòng)方法的主要缺點(diǎn)。
3.3 間斷角鑒別的方法
前面提到，在最初幾個(gè)波形中，涌流將出現間斷角。而變壓器內部故障時(shí)流入差動(dòng)繼電器的穩態(tài)差電流是正弦波，不會(huì )出現間斷角。間斷角鑒別的方法就是利用這個(gè)特征鑒別勵磁涌流和故障電流，即通過(guò)檢測差電流波形是否存在間斷角，當間斷角大于整定值時(shí)將差動(dòng)保護閉鎖。間斷角制動(dòng)的保護整定值一般設為65°。對于Y/d接線(xiàn)方式的三相變壓器，非對稱(chēng)涌流的間斷角比較大，間斷角閉鎖元件能夠可靠的動(dòng)作，并且裕量充足;而對稱(chēng)性涌流的間斷角會(huì )小于65°。進(jìn)一步減小整定值并不是好的方法，因為整定值太小會(huì )影響內部故障時(shí)的靈敏度和動(dòng)作速度。由于對稱(chēng)性涌流的波寬等于120°，而故障電流(正弦波)的波寬為180°，因此在間斷角判據的基礎上再增加一個(gè)反應波寬的輔助判據，在波寬大于140°(有20°的裕量)時(shí)也將差動(dòng)保護閉鎖。間斷角原理由于采用按相閉鎖的方法，在變壓器合閘于內部故障時(shí)，能夠快速動(dòng)作。這一點(diǎn)是比二次諧波制動(dòng)(三相或門(mén)制動(dòng))方法優(yōu)越的地方。對于大型變壓器，可以同時(shí)采用兩種原理的縱差動(dòng)保護，能夠起到優(yōu)勢互補，加快內部故障的動(dòng)作速度，不失為一種好的配置方案。
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