電力變壓器的勵磁涌流判據(jù)及其發(fā)展方向葛寶明王祥珩蘇，聲王維1.北方交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，北京市14；2.清華大學(xué)電機系，北京市184氣商要勱輊涌流與內(nèi)部故障電流的判別直是伴隨電力變壓器差動保護的關(guān)嬪問，圍繞這主嬪及研冗和應(yīng)用現(xiàn)狀進行了較詳細的分析與客觀評價，對比研究后給出了今后勵磁涌流判別方法0引言近句來，我國的超壓大界量電力變壓器+斷投產(chǎn)，遠距離輸電系統(tǒng)越來越多地建成運行，屯力工業(yè)備了可愕姆⒄埂｛1是，國內(nèi)變卡器保護的發(fā)展卻遠遠落后，其保護正確動作率長期偏低。造成這結(jié)果的原因有管理上的不足，有當(dāng)前工作人員的素質(zhì)問設(shè)計制造整定調(diào)試運行維護諸方面的失誤，但比較主要的是由于電力變壓器繼電保護技術(shù)上的缺陷及動保護直是電力變玉器的小保護，其理論根據(jù)是基爾霍夫電流定作，對于純電路設(shè)備。差動保護無懈可擊。所以，在發(fā)電機和線路保護的應(yīng)用中，差動保護寫下了輝煌的頁，例如，九妃期間發(fā)電機保護的正確動作率為98.2，系統(tǒng)保護的正確動作率達99.33九期間全國電網(wǎng)繼電保護統(tǒng)計資料匯編。南京200充分體現(xiàn)了差動保護的明確選擇性高靈敏度和高速動性。但是，對于變壓器而言，由于內(nèi)部磁路的聯(lián)系，本質(zhì)上不再滿足基爾霍夫電流定律，變壓器勵磁電流成了差動保護不平衡電流的種來源。然而，大型電力變壓器正常運行，的勵磁電流通常低尸額定電流的所以，當(dāng)設(shè)定差動保護動作值仍可準確區(qū)分變壓器內(nèi)部故障與外部故障。但足，電力變樂器運行條件夂雜，過勵磁時勵磁電流可達額定電流的水平，空載合閘或者變壓器外部鈕路被突然切除而端電壓突然恢復(fù)時，暫態(tài)勵磁電即勵磁涌流的大小有時可與短路電流相比擬。這樣大的不平衡電流必然導(dǎo)致差動保護炭動，為此，變壓器差動保護的主要矛媽直集中王準確鑒，勵磁流和內(nèi)部故障電流上。

　　圍繞電力變壓器勵磁涌流的判別，先后涌現(xiàn)出許多方法。本文較詳細地對各種判別方法的原理優(yōu)缺點及應(yīng)用情況和前景進行了分析與評判。

　　1電流波形特征識別法電流波形特征識別法乜是人們研，的熱點。

　　良前仍占據(jù)主流。該方法以勵磁油流和內(nèi)部故障電流波形特征的差異為依據(jù)。運用于實踐的有次諧波制動原理和間斷角原現(xiàn)新近提出的仃采樣值差動原理1波形對稱原理1波形疊加原理1波形相關(guān)性分析法和波形擬合法1其中，采樣值差動原理是間斷角原理的衍生，波形對稱原理是間斷角原理的改進，而波形疊加原理波形相關(guān)性分析法和波形擬合法則是波形對稱原理的衍生或改進，另外，隨著人們研宄領(lǐng)域的逐步擴大，研究層次流提供了新的手段，其中有代性的是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和小波變換。然而，就目前發(fā)衣的文獻打，這些新興手段也只是局限于對電流波形進行些簡單的加工，所以仍屬于電流波形特征識別法的范疇。

　　1.1次諧波制動原理1次諧波制動法是計算差流中的次諧波分量，若其值較大則判定為涌流，常用的判別式為值；尺為次諧波制動比。

　　次諧波制動原理簡單明了，有多年的運行經(jīng)驗，目前國內(nèi)外實際投入運行的微機變壓器保護大都采用該原理。！是。采用次諧波制動原理的變3.勵磁涌流是暫態(tài)電流，不適合用傅里葉級數(shù)級數(shù)法的周期延拓將導(dǎo)致錯天的結(jié)果。

　　很難適當(dāng)選擇制動比1.美國西屋公司的制動比為7.07.5，但人88取10，我國和大部分國家則取1你3晚1.誰更利。7較唯評判。

　　現(xiàn)代變壓器磁特性的變化，使得涌流時次諧波合量低，導(dǎo)致誤動而人界試變壓器遠趴離輸電的發(fā)展使得內(nèi)部故障時暫態(tài)屯流產(chǎn)屯較人的次朽波，導(dǎo)致捫動。

　　1.2間斷角原理間斷角原理利用了涌流波形有較人間斷角的特征，通過檢測差流間斷角的大小實現(xiàn)鑒，油流的目著因電流互感器傳變引起的間斷角變形問。當(dāng)電流互感器飽和時，在涌流的間斷角區(qū)域?qū)a(chǎn)生反向電流，電流互感器飽和越嚴重則反向電流越大，比較終使得涌流間斷角消失；對于內(nèi)部故障電流而言，電流互感器飽和將導(dǎo)致差流的間斷角增大，而且電流互感器飽和越嚴重，其差流間斷角越大。前者將使得變壓器發(fā)生涌流時差動保護誤動，后者將使得變壓器內(nèi)部故障時差動保護拒動。此外，用微機實現(xiàn)間斷角原理時硬件成本高，主要現(xiàn)在以下2個方面3.需要較高的采樣率以準確測量間斷角，結(jié)果對，扣的計算速度提出了更高的要求涌流間斷角處的電流非常小，幾乎接近于0，而入化轉(zhuǎn)換芯片正好在零點附近的轉(zhuǎn)換誤差比較大。

　　因此，需要高分辨率的人0轉(zhuǎn)換芯片。

　　1.3波形對稱原理波形對稱原理是利用差電流導(dǎo)數(shù)的前半波與后半波進行對稱比較。根據(jù)比較的結(jié)果去判斷是汽發(fā)生了勵磁涌流。對稱的定義由下式給出為后半波對應(yīng)第點的數(shù)值；尺為比較閾值。

　　當(dāng)?shù)冢稽c的數(shù)值滿足式2時稱為對稱。否則稱為不對稱。連續(xù)比較半個周期，對于內(nèi)部故障，式2恒成立；對于勵磁涌流，至少有14周期以上的點不滿足式2.，該原理站廠對勵磁油流導(dǎo)數(shù)波寬及間斷角的分析，是間斷角原理的推廣，且比間斷角原理容易實現(xiàn)。但是，涌流波形與許多因素有關(guān)，具有不確定性多樣性，如果欠值取得太大，保護可能誤動而故障電流也并非總是正弦波，實際系統(tǒng)中必須考慮故局1鷴障波形的坐卿分布電容較大的電纜線路存在時，故障波形中就含有大量的諧波，此時如果廠值選得太小，保護就有可能拒動；而且電流互感器飽和必將引起差流變形。

　　因此，該原理的應(yīng)用必將遇到如下問3.比較閾值尺如何確定，應(yīng)為多大。故障時式2不定總是恒成立，那么應(yīng)當(dāng)有多少點滿足式2時才能判為故障，換言之對稱范圍1力對稱角度應(yīng)當(dāng)取多大這兩個問很難通過嚴格的理論分析或推導(dǎo)予以解決，應(yīng)用中只能根據(jù)實際情況，通過試驗的方式設(shè)定或修正結(jié)果潛伏了誤判的隱患已們吳動1.4小波變換方法20世紀80年代后期發(fā)展起來的小波變換在時頻兩域都具有征信號局部特征的能力，被譽為分析信號的數(shù)學(xué)顯微鏡，非常適合于非平穩(wěn)信號的分析，克服了傅里葉變換只能適應(yīng)穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)信號分析時域完全無局部性的缺點，可以準確地提取信號的特征。所以，小波變換的出現(xiàn)立刻引起了科技界時頻分析方法的新革命，當(dāng)然也為勵磁涌流和內(nèi)部故障電流的判別帶來了福音。自從小波變換的妙用被繼電保護工作者認識以來，就前仆后繼地涌現(xiàn)出大批從事勵磁涌流判別的科研人員，都試迎過小波變換沏底解決100年前留給我們的技術(shù)難目前，小波變換在此方面的應(yīng)研究如火如裝，似直以來主要免中于次諧波檢測和奇異點檢測此外并未發(fā)現(xiàn)大的突破。實際上，兩者都是間斷角原理的種推廣。頻檢測反映的足差流狀態(tài)突變產(chǎn)生的高次諧波，高頻細節(jié)出現(xiàn)的位置對應(yīng)于變壓器飽和退飽和時刻或故障發(fā)生，刻。

　　若差流的高頻細節(jié)突變周期出現(xiàn)。則為勵磁涌流若出現(xiàn)次后便很快衰減為，則為內(nèi)部故障。奇異點檢測利用了小波變換模極人值原理，檢測的是委；流狀態(tài)突變而產(chǎn)生的第2類間斷點，奇異點涌流間斷角相對應(yīng)。

　　但是，對微機保護來講，獲得高頻分量勢必需要提尚米樣頻率，從而增加了技術(shù)難度和成本，而且可能會受到系統(tǒng)諧波的影響，能否經(jīng)受住環(huán)境高頻噪聲的考驗，有待進步研宄。另外，如何正確檢測模值亦是個難。

　　1.5神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于變壓器內(nèi)部故障和勵磁涌流判別，主要足利用優(yōu)秀的模式識別能力進行電流波形識別。1994年，人曬首次被用于變壓器差動保滬，進了勵磁油流辨識4，之后此類鼷，的鄧，尸勵磁涌流和內(nèi)部故障屯流的判別，如文獻15用干區(qū)別變壓器的勵磁涌流外部故障和內(nèi)部故障。

　　不管用于何種目的，設(shè)計時都要經(jīng)歷如下幾個過程必順類型的確定；入和輸出層中各2點數(shù)目的確定輸是差流采樣或原副邊電流樣點輸入網(wǎng)絡(luò)，如此可確定輸入節(jié)點數(shù)，輸出節(jié)點數(shù)與網(wǎng)絡(luò)要實現(xiàn)的功用有關(guān)，如僅用于勵磁涌流和內(nèi)部故障判別，則有1個進制輸出即可，需要1個輸出節(jié)點③含層及諱節(jié)點數(shù)衫次試湊確定，遞函數(shù)的選擇，練樣本的獲取，數(shù)據(jù)預(yù)處理，州練；寸已訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行測試。

　　上述過程需反復(fù)進行，若在訓(xùn)練過程或檢驗時不能滿足要求，那么網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及各種參數(shù)都綸要調(diào)整，然后重新訓(xùn)練，可，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是件非常煩瑣的事。而且，訓(xùn)練時需要大量的樣本數(shù)據(jù)，其獲取及預(yù)處理的工作量很大，盡管如此，仍難以保證訓(xùn)練樣本集的完備性，從而導(dǎo)致誤判。

　　實際由產(chǎn)相變壓器勵磁涌流的波形特征隨系統(tǒng)電壓和等位阻抗合閘初相知剩磁人小和方向相繞組接線方式和中性點接地方式相鐵心結(jié)構(gòu)相柱相柱單相變壓器組等鐵心材料和組裝工藝磁滯回線和局部磁滯環(huán)等不同而改變，所以任何以油流波形特征為依，的防止寧。投誤動的措施均+能保正變吒器差動保滬不誤動，差，儀是誤動次數(shù)的多少。

　　2磁通特性識別法利用內(nèi)部故障和勵磁涌流時變壓器磁鏈差流取曲線的差別，文獻17提出了勵磁涌流的磁通特性識別法。變壓器發(fā)生勵磁涌流時，哄曲線即為變壓器的空載磁化曲線發(fā)生內(nèi)部故障時，曲線將偏離磁化曲線，且故障越嚴重則偏離越嚴重。

　　所以，通過計算鐵心磁鏈屯和差流可正確判別勵磁涌流。具體判據(jù)為如果位于磁化曲線則該+平衡電流為勵磁涌流。否則為內(nèi)部故障電流，此判據(jù)盡管理論上可行，但實際上由于受變壓器不確定剩磁的影響，在勵磁涌流情況下計算得到為消除剩磁不確定性的影響，文獻17又對上述方法進行了改進，即采曲線斜率，山區(qū)分勵磁油流和內(nèi)部故障電流。1所不。變卡器正常運行于未飽和時，1邶1數(shù)值較大且為常數(shù)；鐵心飽和時，呀士1數(shù)值較小；發(fā)生勵磁涌流時，鐵心交替飽和，1叼山1將在大值與小值間周數(shù)。

　　區(qū)2鐵心未供和區(qū)內(nèi)部故，成鐵心館和根據(jù)內(nèi)部故障時1叨山值落于區(qū)勵磁涌流時叨1值將在區(qū)1和區(qū)2間擺動。令1為制動指數(shù)，如果山。俏位于則1加當(dāng)1位于區(qū)2時減1.這樣，內(nèi)部故障時幾乎單調(diào)增加而勵磁涌流，將從不大于1個閾值。

　　該方法由子計及了勵磁油流時變壓器鐵心飽和。深入到勵磁油流的產(chǎn)生原閃而實現(xiàn)判別勵磁涌流的目的，因而具有先進性。但存在如下不足3.確定區(qū)1與區(qū)2較困難。特別是內(nèi)部輕微故障，1叼1數(shù)值較大，兒乎可與正常運行怙況相比擬，這樣，區(qū)1范圍較大，而且可能與區(qū)2重合，比較終導(dǎo)致判據(jù)火效。

　　制動指數(shù)。的閾值需要通過實驗確定，整定復(fù)雜。

　　與磁通特性法闡述的理論坫咄致，文獻18從變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生是由于變壓器勵磁阻抗的變化出發(fā)，提出了種利用測量阻抗變化區(qū)分勵磁涌流與姒路電流的方法。文獻19則提出種通過檢測瞬，勵磁電感基頻分量的尤來區(qū)分勵磁涌流和內(nèi)部故障的方法，理論根源是涌流時變壓器鐵心工作于非線性區(qū)，瞬時勵磁電感劇烈變化；而內(nèi)部故障時鐵心工作江線性區(qū)，瞬，勵磁電感為常值。這3種方法具有異曲同工之妙，很有應(yīng)前景，而1后2種方法更容易整定。但是，目前它們僅適合于單相變壓器組，尚衣推廣到柱式或柱式變卡器。

　　3等值電路參數(shù)鑒別法路的參數(shù)鑒別方法，而且無論是勵磁涌流還是內(nèi)部故障，繞組變器的統(tǒng)等位屯路2.

　　對于該電路，有如下特點隊導(dǎo)納化和與變壓器運行狀況無關(guān)，是個常數(shù)。

　　5.導(dǎo)納7720和730與變壓器的運行狀況相關(guān)，對于內(nèi)部故障和勵磁涌流，它們現(xiàn)出極大的不同。具體地如果主繞組1在比較外，第3繞饑在闈里層，則勵磁涌流時，71和以為大于，的常值內(nèi)部故障時。故障繞組的導(dǎo)納2.或隨故障匝比的增加而，加，但非故障繞饑的導(dǎo)納仍舊兒不為，或稍微變負。

　　所以，根據(jù)導(dǎo)納7和73，的瞬時值可以建立判據(jù)，如果則變壓器為內(nèi)部故障。其中，和為非負實常數(shù)。對某幾體變樂器應(yīng)經(jīng)過分析或?qū)嶒灤_定。文獻給出的參考值分別為1=，和=2.

　　但是，該方法需要獲取變壓器漏電感參數(shù)，以求取1723和2.進報據(jù)實，農(nóng)樣得到的各相繞組電壓電流值計算瞬時導(dǎo)納和7而且和的整定較難。

　　4基于變壓器回路方程的算法該方法基于變壓器原副邊的互感磁鏈平衡方程與說副邊電吒于電流和互感磁鏈的方程，消去互感磁鏈導(dǎo)到乜含原邊電壓和電流的線杜模型，該模型不直接反映變吒器鐵心磁通的非線性，只達變壓器原涮繞組漏感小電阻⑴，電壓2及電流，2間的關(guān)系，以單相變壓器為例。有如下達式為簡明起。設(shè)變比為1據(jù)此，引出2條思路3.當(dāng)變壓器無故障時正常運行空載合閘外部故障及其切除，式4恒等；而內(nèi)部故障時，式4不再成立。定義擾，實現(xiàn)了與差動保護迥然不同的變壓器主保護，構(gòu)思新穎，原理簡明。但實踐中存在如下困難變壓器原副邊纟控且漏電感極難準確獲得，目前1無可伯測取方法，導(dǎo)致整定閑難。

　　5差有功法，差有功法的基本原理是正常運行時變壓器消耗有功非常小銅損耗和鐵損耗之和小變壓器容每的勵磁浦流，山于繞組存儲磁能，第變壓器消耗的有功卻非常小盡矜浦流時鐵報耗和銅損耗都打所增加；然而3變玉器絕緣損壞，電弧放電發(fā)熱將消耗大量的有功。所以，通過檢測變壓器消耗有功的大小，即差有功，可判別變壓器是否發(fā)生內(nèi)部故障。具體實現(xiàn)時，在差有功中去除銅損耗以提高保護的靈敏度，付于節(jié)相兩繞姐變玉器有瞬時電壓電流和電阻。

　　差有功法的判據(jù)為如果疋，則變壓器為內(nèi)部故障，設(shè)定閾值的目的是為了避免涌流時誤動。此外。電壓乜感器和電流互感器的測量誤差將影響的大小，例如電壓互感器和電流互感器差功法+再糾纏于勵磁涌流波形特征，從物理機理出發(fā)綜合考慮電壓電流信息，是種全新的主保護方案。然而，該方法仍無法回避勵磁涌流帶來的不利影響。首先要避開涌流時變壓器第1周期的充電過，結(jié)果導(dǎo)致判別延時其次。山于涌流時銅損耗很難精確計算，鐵損耗，加，整定不容易。

　　而且。變壓器外部故障時山于變玉器流過較大的穿越電流，使變壓器消耗較大的有功，其對差有功法的影響也不容忽視。所以，文獻23使用了輔助判據(jù)以提尚靈敏度。

　　6基于模糊邏輯的多判據(jù)法辦⑶則當(dāng)，時，變壓器為內(nèi)部故隆01為閾值121.

　　變壓器在正常運行勵磁涌流過勵磁或外部短路時，繞組漏感和電阻為恒定不變的常值，而在內(nèi)部故障時卻要發(fā)生變化。基于此特性，可將繞組漏感和電阻是否發(fā)卞變化作為區(qū)分變壓器內(nèi)部故障艦完全擺脫了勵磁涌流和過勵磁電流的困該方法基于對現(xiàn)有勵磁涌流識別算法的認識，借助模糊邏輯隸屬度和權(quán)屯的概念，綜合了各判據(jù)格依照精確定運判別涌流的+足，避免了票否決，真正做到了集思廣益，體現(xiàn)了智能化特點。

　　例如。文獻24綜介次諧波制動原理波形特征識別法磁通特性識別法和低電壓判據(jù)的優(yōu)點，利用模糊集合理論提出了種多判據(jù)方法。

　　索，目前有很多問難以解決，如模糊邏輯中隸屬函數(shù)與權(quán)重應(yīng)當(dāng)如何選擇，這個問的回答建立在原有認識的基礎(chǔ)上，而1需要技術(shù)人員對問有較深的認14.所以，該方法仍，要科研1作苕進行深入而細致的研究。

　　7結(jié)語當(dāng)前存在的勵磁涌流與內(nèi)部故障判別方法雖然種類繁多，但都不夠完善，遠不能滿足電力變壓器繼電保護的要求。為此，加速研制新判據(jù)非常迫切與重要。科學(xué)地講，由于變壓器發(fā)生勵磁涌流時磁路流斤線忭相而以系統(tǒng)中彼。的2個變量。所以，只有應(yīng)用電壓電流2個狀態(tài)變量同時述變壓器的運行狀態(tài)，信息才具有完備性。就理論而言，存在2種途徑判別變壓器勵磁涌流與內(nèi)部故障種途徑是拋開差動保護的思路，應(yīng)用變壓器電流電壓信息，從解決問的開始就避開勵磁涌流的問，如基于變壓器回路方程的算法消去了直接體現(xiàn)變壓器鐵心磁通的非線性項，從而避開了勵磁涌流的糾纏；另種途徑就是直面勵磁涌流，尋求判別勵磁涌流和內(nèi)部故障的方法，這種途徑應(yīng)充分考慮勵磁涌流時變壓器鐵心的。線樸如磁通特性法。此外，這問的解決還必須借助先進的科技識別手段，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這問必將得到解決。

　　1王維檢似1中0變壓器保護運行不良的反思0出610 2王祖光，2冊1.間斷角原理的變壓器差動保護3胡玉峰，陳德樹成1努，6基于米樣值差動的勵磁涌流鑒別方法以冊時0，1心1好384孫志杰，陳云侖5121先，16，1.波形對稱原理的變壓器5董潔，于莉萍，焦志先，等筆，呂，衛(wèi)0處犯杖。

　　6李貴存，劉萬順，滕林，等1；士觀，1認061努，戰(zhàn)31.基于波形相關(guān)性分析的變壓器勵磁涌流識別新算法人以冊，1.用波形擬合法識別變壓器勵磁涌流和短路電流的新原理JNavPrincipleofDEcrimination 9林湘寧，劉世明，楊春明，等思，131私幾種波形對稱法變壓器差動保護原理的比較研StudyonComparisonsAmoiSome壓器波形對稱原理差動保護不對稱度久的分析和整定1981419，3813焦邵華，劉萬順，劉建飛，等31沿，叫13仙理廣用小波理論區(qū)分變壓器的勵磁涌流與短路電流的新原理AJNewPrincipleofDiscrimination 0進枕6出，如7，兀洗1010抓枕1腿8，1犯枕1夸，政出1.1此下轉(zhuǎn)第30頁電力系統(tǒng)自動化上接第5頁18宗洪良，金華鋒，朱振飛，等2，1咕出啤，此1仙，加1 26161.基于勵磁阻抗變化的變壓器勵磁涌流判別方法TiaiiffonnerJnmshDrtected蚶1故1.基于瞬時勵磁電感頻率特性判別變壓器勵磁涌DiSiigui=iiJiimshurreiis 21王維儉，說味1.電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用FrincipjieaiiclApplication 24王增平，高中德，張舉，等格2，1觀，2，1652名剪6131.模糊理論在變壓器保護中的應(yīng)用00，2，16017葛寶明197男，博士，副教授，主要研究領(lǐng)域為電力變壓器保護電氣傳動自動化等。16263.1時王祥珩1940，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域為電機及其系統(tǒng)的分析和控制電力系統(tǒng)主設(shè)備內(nèi)部故障分析與保護等。

　　蘇鵬聲1946，男，碩士，副教授，主要從事電機電力電子故障診斷等領(lǐng)域的教學(xué)和科研工作。