一文詳解勵磁電感的快速變壓器保護

保護原理

變壓器 T 型等效電路如圖3所示。由于鐵磁材料的非線性特征(典型磁化特性曲線如圖4所示，其中 B、H 分別為磁感應(yīng)強度和磁場強度，Bm、Hm分別為最大磁感應(yīng)強度和最大磁場強度)，在空載合閘以及故障切除后母線電壓突然升高等情況下會發(fā)生勵磁涌流現(xiàn)象。

圖3 變壓器 T 型等效電路

由鐵芯飽和所導(dǎo)致的勵磁電流增大會影響電流差動保護的正確動作，故需要設(shè)置專門的勵磁涌流識別判據(jù)。

由此可見，變壓器主保護方案將變壓器的工作狀態(tài)分為正常運行、故障以及勵磁涌流 3 部分，勵磁涌流識別判據(jù)的動作速度和可靠性直接影響了電流差動保護的性能。

圖4 典型鐵磁材料磁滯回線

設(shè)置變壓器保護的目的是及時發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部故障并動作于跳閘，以此來防止故障擴大造成的設(shè)備損壞。

從這一角度出發(fā)，變壓器保護方案僅需快速靈敏可靠地識別內(nèi)部故障，而無需關(guān)注勵磁涌流。

基于此，將變壓器的工作狀態(tài)分為兩類：一是非故障狀態(tài)，包括變壓器正常運行(空載或帶負載)和變壓器鐵芯飽和兩種情況；二是故障狀態(tài)，包括變壓器內(nèi)部匝地、匝間故障和引出線故障。

因此，變壓器不同工作狀態(tài)下勵磁電感的特征如下：

1）變壓器正常運行及外部故障時，勵磁電感數(shù)值非常大，且不具有波動性。

2）變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時，等效勵磁電感數(shù)值很小(漏感級別)，并無波動。

3）變壓器空投等原因造成鐵芯飽和時，勵磁電感的數(shù)值在正常高值與飽和低值之間周期變化，具有明顯的波動性。

由此，可以利用變壓器不同工作狀態(tài)下勵磁電感的數(shù)值特征構(gòu)建快速變壓器保護方案。需要特別指出的是，當(dāng)變壓器空載合閘于故障時，內(nèi)部故障與鐵芯飽和的特征同時存在，等效勵磁電感可能同時具有較低的數(shù)值和波動性，在構(gòu)建保護判據(jù)時需要利用定值和延時的配合來保證故障判據(jù)的正確性。

在變壓器 T 型等效電路的基礎(chǔ)上，提出了一種基于勵磁電感的變壓器快速主保護方案，采用時域快速算法，用最小二乘法在 2ms 內(nèi)計算等效勵磁電感，利用等效勵磁電感在正常運行、鐵芯飽和以及內(nèi)部故障時的不同數(shù)值特征構(gòu)建保護方案，在原理上考慮了勵磁涌流的特征，具有良好的性能。

動模試驗結(jié)果表明，該方案不受勵磁涌流的影響，能夠有效地識別 2.27%匝以上的匝間故障，動作時間小于 13 ms，且該方案不受系統(tǒng)運行方式變化以及系統(tǒng)諧波的影響，從動作可靠性和速動性方面都優(yōu)于傳統(tǒng)的二次諧波制動的差動保護，故可作為超高壓特高壓電網(wǎng)中的單相變壓器保護新原理，具有良好的應(yīng)用前景。