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摘 要：文章对防止电力变压器在空载合闸情况下产生的励磁涌流造成差动保护误动作的措施和制动模式作了进一步研究，深入分析了二次谐波制动系数、波形对称原理制动判别门槛值、制动模式对差动保护可靠躲过励磁涌流的影响。
关键词：励磁涌流；差动保护；二次谐波制动；波形对称；误动
中图分类号：TM401 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）30-0086-01
作为电力变压器的主保护，差动保护的作用是非常关键的，而如何对励磁涌流和故障电流进行有效识别，避免空载合闸下因励磁涌流而造成的差动保护误动，是变压器差动保护中需要重点解决的问题。通常在实际应用中，多是采用基于励磁涌流波形特征的识别方法，如二次谐波制动、波形对称原理制动和间断角原理制动，制动模式主要有分相制动、或门制动和三取二制动。目前，为防止励磁涌流造成差动保护误动，采用的各种方案都是基于励磁涌流识别技术进而采取制动措施闭锁差动保护。但由于实际励磁涌流的复杂性，现在所采用的一些方案在识别励磁涌流并可靠闭锁方面存在不少问题，还不能完全保证差动保护可靠躲过励磁涌流而不误动。
1 一起励磁涌流造成误动事例
某年10月29日，某500 kV变电站#1联变年检工作结束后进行联变恢复送电操作。21：06：35，由220 kV侧24 A开关对1#联变充电时，1#联变第一套RCS-978C、第二套RCS-978C比率差动保护动作出口跳闸，24 A开关跳开；联变非电量保护未动作，瓦斯继电器内无气体。
对事故进行严密分析，判定本次某500 kV变电站#1联变220 kV侧24 A开关在对#1联变充电过程中RCS-978C保护动作跳闸的原因是空投变压器引起励磁涌流达到差动保护启动值，且本次年检进行变压器绕组直流电阻测试，引起铁芯剩磁加大，造成第一次空充时A、B两相二次谐波含量低于定值（定值为15%），励磁涌流制动判据开放差动保护引起的保护误动作。
最后的处理方案是继续送电，并规定今后严格控制大型变压器高、中压绕组直流电阻的测试电流≤5 A，在进行变压器绕组直流电阻测试后，采用反向去磁法对变压器剩磁及时进行消磁。
2 减少励磁涌流造成误动的措施
2.1 二次谐波制动
二次谐波制动主要利用励磁涌流中二次谐波含量较大的特点，该原理便于微机保护实现。当二次谐波制动比K2？棕Z大于二次谐波制动系数定值K2时闭锁差动保护，反之当K2？棕Z小于K2时开放差动保护，即满足式（1）所示的动作方程时将差动保护闭锁。
K2？棕Z=■×100%>K2（1）
式（1）中，K2？棕Z为二次谐波制动比；I2？棕为二次谐波电流；I1？棕为基波电流；K2为二次谐波制动系数定值。
2.2 波形对称原理制动
波形对称原理是指通过相应的波形对称算法，对变压器空载合闸时产生的励磁涌流与故障电流进行区分。利用这种原理进行制动，主要是由于故障电流本身呈现正弦的对称特征，与之相比，励磁涌流则没有这种特征。因此，可以对差动电流进行微分处理，然后对其前后半波进行对称比较，根据波形的对称程度，对励磁涌流进行快速识别。
假设某采样点满足式（2），则可以认为此点属于对称点。反之，则为不对称点。如果不对称点的数量超过？浊%，则可以判定波形不对称，闭锁差动保护。
■≤K（2）
式（2）中，N为每周采样点数；t为当前点；K为不对称系数，一般取1/3；？浊为波形对称百分比，一般取50%。
2.3 间断角原理制动
变压器内部故障时，流入差动继电器的稳态差电流属于正弦波，不会出现间断角，而励磁涌流的波形中会出现间断角，因此，可以利用这个特点，对励磁涌流和故障电流进行识别。间断角原理制动的优点在于，由于采用按相闭锁的方法，在变压器合闸故障时，可以快速动作。其缺点也比较明显，即当电流互感器饱和时，涌流的间断角区域会产生反向电流，使得间断角消失，可能导致保护误动。这时，就需要采取额外的措施，对间断角进行恢复，会在一定程度上增加保护装置软件的复杂性。而为了提高相角比较的正确性，就必须提高采样率，以准确地测量间断角，并抑制A/D转换芯片在零点附近的转换误差，对CPU的计算速度和A/D转换芯片的分辨率提出了更高的要求。因此该方法在微机保护上的实际工程应用还需要进一步完善。
3 制动模式分析
制动方式主要有分相制动、或门制动（一相制动多相）和三取二制动。
①分相制动是三相电流中各相分别进行励磁涌流判别，然后分相闭锁或开放差动保护。对于采用二次谐波制动原理的差动保护，当二次谐波制动系数取15%时，如果设计为分相制动方式，存在误动的可能。因为变压器励磁涌流的波形和二次谐波含量与变压器材料、剩磁等密切相关，在部分特殊情况下，某一相二次谐波含量可能会很小，远低于15%。因此设定二次谐波制动系数为15%并采用分相制动存在误动的可能。
②或门制动是当三相电流中只要有一相判为励磁涌流时就认为是励磁涌流，并闭锁差动保护。采用或门制动后，保护的动作行为偏安全，但是由于非故障相励磁涌流的存在，在大型电力变压器中，差动保护需要等到励磁涌流衰减后才能发挥作用，由于衰减耗时较长，影响了空投于内部故障变压器时差动保护的快速可靠动作。
③三取二制动是当三相电流中有两相以上判为励磁涌流时才认为是励磁涌流，并闭锁差动保护，可靠性介于分相制动和或门制动之间。
一般情况下，采用二次谐波制动原理的差动保护，分相制动时二次谐波制动系数取值相对最小，或门制动时内部故障变压器取值相对最大，三取二制动时二次谐波制动系数取值介于分相制动和或门制动之间。
4 合理选择制动措施和制动模式
对于二次谐波制动来说，合理采用制动模式和二次谐波制动系数定值，可以改善变压器空载合闸下励磁涌流造成差动保护误动和空投于变压器内部故障保护延时动作；同样对于波形对称原理制动，合理选择制动模式和不对称系数、波形对称百分比，从而有效确保差动保护的合理性和有效性。
在实际应用中，基于二次谐波制动和波形对称原理制动的变压器差动保护取得了相当的效果，在国内大型变压器保护中得到了大量应用。国内主要微机继电保护装置（如南瑞RCS-978、许继电气WBH-801）的励磁涌流识别方案，采用的都是上述两种制动原理，结合分相制动模式。这样，可以对励磁涌流进行快速识别，加快变压器差动保护的动作速度，减少其误动的机率。在装置内部，也采取了一些有效的措施，如程序在励磁涌流判别中采用了浮动门槛定值的功能（如二次谐波制动系数初始值为5%，逐渐增加到15%）和自适应循环闭锁判据（如利用二次谐波与基波的幅值关系和相位关系的变化动态调整制动系数）。
5 结 语
目前，为防止励磁涌流造成差动保护误动，提出的各种方案都是基于励磁涌流识别技术进而采取制动措施闭锁或开放差动保护。研究表明，由于变压器具有剩磁效应，严格控制大型变压器高、中压绕组直流电阻的测试电流≤5 A，在进行变压器绕组直流电阻测试后，采用反向去磁法对变压器剩磁及时进行消磁，可有效提高变压器差动保护躲过励磁涌流的能力，减少励磁涌流造成保护误动作。
参考文献：
[1] 孙洋，黄家栋.基于磁通频域特征的变压器励磁涌流识别新方法[J].华北电力大学学报，2011，（1）.
[2] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，1996.
[3] 王立大，段周朝.变压器励磁涌流引起保护误动分析[J].电力系统保护与控制，2010，（10）.
关键词：励磁涌流；差动保护；二次谐波制动；波形对称；误动
中图分类号：TM401 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）30-0086-01
作为电力变压器的主保护，差动保护的作用是非常关键的，而如何对励磁涌流和故障电流进行有效识别，避免空载合闸下因励磁涌流而造成的差动保护误动，是变压器差动保护中需要重点解决的问题。通常在实际应用中，多是采用基于励磁涌流波形特征的识别方法，如二次谐波制动、波形对称原理制动和间断角原理制动，制动模式主要有分相制动、或门制动和三取二制动。目前，为防止励磁涌流造成差动保护误动，采用的各种方案都是基于励磁涌流识别技术进而采取制动措施闭锁差动保护。但由于实际励磁涌流的复杂性，现在所采用的一些方案在识别励磁涌流并可靠闭锁方面存在不少问题，还不能完全保证差动保护可靠躲过励磁涌流而不误动。
1 一起励磁涌流造成误动事例
某年10月29日，某500 kV变电站#1联变年检工作结束后进行联变恢复送电操作。21：06：35，由220 kV侧24 A开关对1#联变充电时，1#联变第一套RCS-978C、第二套RCS-978C比率差动保护动作出口跳闸，24 A开关跳开；联变非电量保护未动作，瓦斯继电器内无气体。
对事故进行严密分析，判定本次某500 kV变电站#1联变220 kV侧24 A开关在对#1联变充电过程中RCS-978C保护动作跳闸的原因是空投变压器引起励磁涌流达到差动保护启动值，且本次年检进行变压器绕组直流电阻测试，引起铁芯剩磁加大，造成第一次空充时A、B两相二次谐波含量低于定值（定值为15%），励磁涌流制动判据开放差动保护引起的保护误动作。
最后的处理方案是继续送电，并规定今后严格控制大型变压器高、中压绕组直流电阻的测试电流≤5 A，在进行变压器绕组直流电阻测试后，采用反向去磁法对变压器剩磁及时进行消磁。
2 减少励磁涌流造成误动的措施
2.1 二次谐波制动
二次谐波制动主要利用励磁涌流中二次谐波含量较大的特点，该原理便于微机保护实现。当二次谐波制动比K2？棕Z大于二次谐波制动系数定值K2时闭锁差动保护，反之当K2？棕Z小于K2时开放差动保护，即满足式（1）所示的动作方程时将差动保护闭锁。
K2？棕Z=■×100%>K2（1）
式（1）中，K2？棕Z为二次谐波制动比；I2？棕为二次谐波电流；I1？棕为基波电流；K2为二次谐波制动系数定值。
2.2 波形对称原理制动
波形对称原理是指通过相应的波形对称算法，对变压器空载合闸时产生的励磁涌流与故障电流进行区分。利用这种原理进行制动，主要是由于故障电流本身呈现正弦的对称特征，与之相比，励磁涌流则没有这种特征。因此，可以对差动电流进行微分处理，然后对其前后半波进行对称比较，根据波形的对称程度，对励磁涌流进行快速识别。
假设某采样点满足式（2），则可以认为此点属于对称点。反之，则为不对称点。如果不对称点的数量超过？浊%，则可以判定波形不对称，闭锁差动保护。
■≤K（2）
式（2）中，N为每周采样点数；t为当前点；K为不对称系数，一般取1/3；？浊为波形对称百分比，一般取50%。
2.3 间断角原理制动
变压器内部故障时，流入差动继电器的稳态差电流属于正弦波，不会出现间断角，而励磁涌流的波形中会出现间断角，因此，可以利用这个特点，对励磁涌流和故障电流进行识别。间断角原理制动的优点在于，由于采用按相闭锁的方法，在变压器合闸故障时，可以快速动作。其缺点也比较明显，即当电流互感器饱和时，涌流的间断角区域会产生反向电流，使得间断角消失，可能导致保护误动。这时，就需要采取额外的措施，对间断角进行恢复，会在一定程度上增加保护装置软件的复杂性。而为了提高相角比较的正确性，就必须提高采样率，以准确地测量间断角，并抑制A/D转换芯片在零点附近的转换误差，对CPU的计算速度和A/D转换芯片的分辨率提出了更高的要求。因此该方法在微机保护上的实际工程应用还需要进一步完善。
3 制动模式分析
制动方式主要有分相制动、或门制动（一相制动多相）和三取二制动。
①分相制动是三相电流中各相分别进行励磁涌流判别，然后分相闭锁或开放差动保护。对于采用二次谐波制动原理的差动保护，当二次谐波制动系数取15%时，如果设计为分相制动方式，存在误动的可能。因为变压器励磁涌流的波形和二次谐波含量与变压器材料、剩磁等密切相关，在部分特殊情况下，某一相二次谐波含量可能会很小，远低于15%。因此设定二次谐波制动系数为15%并采用分相制动存在误动的可能。
②或门制动是当三相电流中只要有一相判为励磁涌流时就认为是励磁涌流，并闭锁差动保护。采用或门制动后，保护的动作行为偏安全，但是由于非故障相励磁涌流的存在，在大型电力变压器中，差动保护需要等到励磁涌流衰减后才能发挥作用，由于衰减耗时较长，影响了空投于内部故障变压器时差动保护的快速可靠动作。
③三取二制动是当三相电流中有两相以上判为励磁涌流时才认为是励磁涌流，并闭锁差动保护，可靠性介于分相制动和或门制动之间。
一般情况下，采用二次谐波制动原理的差动保护，分相制动时二次谐波制动系数取值相对最小，或门制动时内部故障变压器取值相对最大，三取二制动时二次谐波制动系数取值介于分相制动和或门制动之间。
4 合理选择制动措施和制动模式
对于二次谐波制动来说，合理采用制动模式和二次谐波制动系数定值，可以改善变压器空载合闸下励磁涌流造成差动保护误动和空投于变压器内部故障保护延时动作；同样对于波形对称原理制动，合理选择制动模式和不对称系数、波形对称百分比，从而有效确保差动保护的合理性和有效性。
在实际应用中，基于二次谐波制动和波形对称原理制动的变压器差动保护取得了相当的效果，在国内大型变压器保护中得到了大量应用。国内主要微机继电保护装置（如南瑞RCS-978、许继电气WBH-801）的励磁涌流识别方案，采用的都是上述两种制动原理，结合分相制动模式。这样，可以对励磁涌流进行快速识别，加快变压器差动保护的动作速度，减少其误动的机率。在装置内部，也采取了一些有效的措施，如程序在励磁涌流判别中采用了浮动门槛定值的功能（如二次谐波制动系数初始值为5%，逐渐增加到15%）和自适应循环闭锁判据（如利用二次谐波与基波的幅值关系和相位关系的变化动态调整制动系数）。
5 结 语
目前，为防止励磁涌流造成差动保护误动，提出的各种方案都是基于励磁涌流识别技术进而采取制动措施闭锁或开放差动保护。研究表明，由于变压器具有剩磁效应，严格控制大型变压器高、中压绕组直流电阻的测试电流≤5 A，在进行变压器绕组直流电阻测试后，采用反向去磁法对变压器剩磁及时进行消磁，可有效提高变压器差动保护躲过励磁涌流的能力，减少励磁涌流造成保护误动作。
参考文献：
[1] 孙洋，黄家栋.基于磁通频域特征的变压器励磁涌流识别新方法[J].华北电力大学学报，2011，（1）.
[2] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，1996.
[3] 王立大，段周朝.变压器励磁涌流引起保护误动分析[J].电力系统保护与控制，2010，（10）.