变压器间及其与电流互感器暂态交互作用分析和保护对策

杨启帆 彭子健

【摘要】交直流混联复杂电网出现故障时，变压器之间及其与电流互感器间会出现暂态交互作用，正由于该暂态过程致使在判断故障时难度增加，从而影响继电保护装置的运作。近几年，电网发生了很多由于变压器空投造成的相邻发电机、变压器以及输电线路保护误动的情况，严重影响电网运行的安全性。论文从原理、数字仿真实验等方面展开研究，论述变压器与电流互感器暂态交互作用的作用机理，制定相应的保护措施。

【关键词】变压器;电流互感器;暂态饱和

【中图分类号】TM721.3;TM41

【文献标志码】A

【文章编号】1673-1069（2018）11-0128-02

1引言

大型復杂型配电网络的交直流混联布设时必须进行多回直流线路的馈入和馈出，所以进行电网安全防护对直流保护必须反应快速而灵敏，所以对于电网直流保护设备的运行要求较高，也非常容易出现扰动故障。因此想要降低故障的发生率，必须要采取可靠的保护措施，降低错误动作，电流差动保护。大型配电网络中，变压器空投导致输电线路保护误动、相邻变压器运行事故频发，主要的原因是电流互感器以及非周期分量衰减常数增大所致，对电网安全的影响巨大。下文则对变压器间机器电流互感器暂态交互作用进行分析，并制定针对性的保护措施，以提升电网运行的安全性。

2目前和应涌流的分析法

当前，针对变压器机器电流互感器暂态交互作用分析以及保护对策的主要方法有磁链分析法和数字分析法，即通过物理实验获得和应涌流的特征，通过并联、串联和应涌流的特征进行区分，并制定具体的保护措施。但在复杂电网的暂态交互中，变压器间的和应涌流是非线性铁磁元件暂态过程，这些分析方法无法满足实际工作需求。复杂和应涌流包括电流互感器的暂态饱和变压器的励磁涌流。涌流识别之后，二次谐波含量平缓下降时，可以借助二次谐波分量构成零序二次谐波制动，从而解决保护误动和暂态分析的问题。一般的和应涌流所导致的误动问题和差动保护现象多交织在一起，所以作用机理复杂且表现形式多样，目前尚未进行有效分析。只能使用严格的复杂涌流以及电流互感器饱和特性分析等方法进行分析，从而防止差动保护误动和增大比例制动特性的最小动作电流。对于涉及到变压器、电流互感器等非线性铁磁元件的暂态过程，需要使用假设运行将变压器副方保持断开状态，以准确地反映工程情况。3配电网络复杂和应涌流的研究

以往大多都是针对励磁涌流等的研究和分析，但是对于复杂性和应涌流的研究较少，因此本文则从理论分析、数字仿真以及动模试验3个方面对和应涌流进行全面研究。

3.1对单相变压器的复杂和应涌流的分析

运行变压器TYl与空投变压器TY2的系统s1与一次绕组相连，表示负载系统的s2和二次绕组相连，s2电压为0，即为负载阻抗，使用基尔霍夫定律对其的和应涌流电气连接图、等效电路图进行分析，结果显示运行变负载有无源和有源两种。当运行变带无源负载时，运行变带有源负载，分为Linel，Line2两种类型。见图1所示。

1θ为系统s1等值电压源的幅值和相位，2θ为系统s2等值电压源的幅值和相位。系统s2电压值为非0，则表示电源的内阻抗。构建节点电流方程、贿赂电压方程分别为空投变励磁涌流，运行变和应涌流以及系统L2吸收的电流，系统提供电流;1Ψ旨运行变励磁支路磁链;2Ψ表示空投变励磁支路磁链。

3.2和应涌流物理实验分析

变压器之间的和应交互作用和系统的等值电阻关系密切，如若系统阻抗增加较大，则铁芯不会很容易出现饱和状态，从而导致变压器的励磁电压下降;相反，若空投涌流、和应涌流下降，变压器涌流则会增加。所以在一定范围内增加系统阻抗，空投变铁芯的偏磁现象是由合闸所产生自由直流分量以及剩磁相叠加所构成。若合闸形成的剩磁方向和自由直流分量相同，实验室中进行的和应涌流物理实验显示，合闸角、和应涌流以及产生剩磁会减小。和应涌流和空投涌流较大时，系统等值阻抗。不管空投变和运行变中性点是否接地，运行变涌流仅由和应涌流构成。

行变的涌流共由两个部分所构成：运行中性点流入的和应涌流、空投励磁会增大，若运行变和空投变中性点接地，则系统磁涌流、电压零模分量，则在小容量的变压器中空投，而大容量变压器运行，在很短的时间内便会出现非常明显的涌流特征。

3.3基于二次谐波相位比较的和应涌流识别

以上对复杂和应涌流特征分析的基础上获取有同一个变电站中所连接的变压器励磁电流，在空投变合闸后，运行变励磁电流与和应涌流识别主要依靠变压器类型。通过分析和对比二次谐波分量的相位之差可以对不同变压器励磁电流以及并联和应涌流进行鉴别区分，能够有效预防和应涌流对保护机制的不良影响;此外，两台变压器中性点全部接地良好的状态下，变压器间所发生和应交互作用过程中，借助智能变电站信息共享技术，能够计算出空投变励磁涌流和运行变和应涌流之间的二次谐波相位之差（一般为180°），其便为鉴别和应涌流的新方法。

4变压器间电流互感器交互作用保护措施

4.1保护误动原因和措施

电流互感器的暂态性能是经相关平台的有效评估所得，在实际的工程应用中，电流互感器暂态性能对分析变压器空投导致输电线路保护误动，相邻变压器/发电机误动的故障原因意义重大。对于变压器空投导致相邻运行变压器误动事故，依据互感器饱和会导致差动电流增大的原理，借助二次电流为周期分量的互感器饱和的识别方式预防保护误动的发生。对于便要求其空投导致相邻输电线路、发电机误动的事故，可以通过降低互感器饱和的无二次电流中的非周期分量，来防止差动保护误动。

4.2差动保护应对措施

局部暂态饱和在互感器传播且伴有非周期分量时容易出现差动保护误动现象，在对互感器饱和以及逆行机理进行分析之后得出：当被保护的设备两侧互感器的二次电流非周期分量增大时，差动电流相对较小。主要的原因在于若一侧的互感器直流分量减少，饱和识别程序便迅速启动;基于二次电流非周期分量额饱和识别方法，在整个过程中互感器均保持饱和的状态。电流变压器间以及和电流互感器间会出现差动电流显示动作，从而出现和应交互作用。互感器保护措施示意图见图2。

现代交直流混联复杂的配电网络暂态过程中，通过构建各种类型的互感器数字仿真模型开发出了可以用于电流互感器暂态饱和特性的仿真评估平台，能够对保护误动产生的原因进行明确，比使用继电保护技术对二次电流非周期分量情况进行鉴别更为精确，从而开发了事故分析与维修的工具，更好地服务电力工作。