三次谐波电流闭锁式变压器过激磁保护分析探索

三次谐波电流闭锁式变压器过激磁保护分析探索

罗同浪潘兵刘卫东

江苏中天伯乐达变压器有限公司224051

摘要：本文就过激磁的原理，危害及电压互感器二次回路电压异常升高的原因分析，找到了过激磁保护误动的原因，根据变压器过激磁时三次谐波电流的特点，将差动电流中三次谐波电流加入到过激磁保护逻辑程序中，起到谐波电流监测，闭锁过激磁保护的作用，为验证三次谐波电流闭锁式过激磁保护原理，采用专业的电磁暂态仿真软件PSCAD构建变压器过激磁模型，该模型具有较高的仿真精度，再利用MATLAB软件对仿真数据进行了处理分析，并与实测数据进行比较保证了保护原理的正确性。

关键词：变压器；过激磁保护；三次谐波电流；一次干扰；二次回路；过电压

1、变压器过激磁保护误动作原因

1、1一次干扰引起二次回路过电压分析

微机保护装置的电压二次回路，由于系统一次回路中的干扰使其产生暂态过电压。虽然过电压持续时间短,但连续多次接地故障会使变压器过激磁保护误动作，电力系统中,一次和二次电压回路之间唯一“正当”的连结途径是电压互感器，连结的途径有3种，即通过电压互感器线圈间电容的静电连结；通过一次和二次回路间互感的电磁连结；通过变电所公共接地电阻的导电性连结暂态过程利用以上3种途径从一次回路传到二次回路。

1.2二次回路电容性操作引起的过电压分析

二次回路电容性操作主要是电压二次开关的操作，电压互感器通过相当长的电缆连到保护屏保护装置上,产生的二次过电压的主要分量是由于电磁和导电性连结形成的。

1.3二次回路切换引起的过电压分析

在电压互感器的二次回路中有2种切换1互为备用的电压互感器之间的切换2在双母线系统中一次回路所在母线变更时，继电保护自动装置和测量表计的电压回路也应进行相应的切换，实践证明，上述这种电压互感器二次回路自动切换方式，对三相式电压互感器来说，回路设计是合理的，但是对330kV及以上的超高压系统来说由于采用的是分相的电容式电压互感器CVT此时要利用电压互感器隔离开关的辅助接点实现电压互感器二次回路的自动切换，就必然会遇到一个问题，对电压互感器三次回路是用某一相的电压互感器隔离开关的辅助接点，还是将三相电压互感器隔离开关的辅助接点串联起来使用，显然将三相电压互感器隔离开关的辅助接点串联起来使用其二次回路比使用某一相电压互感器隔离开关的辅助接点要来得复杂，因此通常超高压系统的电压互感器二次回路的切换回路，被设计成用某一相，通常为A相或C相，电压互感器隔离开关的辅助接点来控制2组电压互感器的自动切换，而这种设计要求在电压互感器切换操作时，要遵守一定的按相别操作次序，如果违反操作次序，出现跳相操作，就会引起电压互感器二次过电。

1.4二次回路中性点异常引起的过电压分析

根据以往的有关事故调查和分析情况来看,造成二次回路中性点异常的原因主要有以下方面：第二，同一电压互感器的二次回路中性点多点接，如在端子箱接地后在主控制室又再次接地，地点之间无电缆芯连接，端子箱处接地后再经电缆芯引入主控室内直接连接起来，如引至主控室的接地小母线上连接；第二，电压互感器二次回路的中性点未接地或接地不可靠，有较大的接触电阻点的电位为悬浮电位点，偏移的程度取决于三相电压的对称性压不对称的程度，又取决于发生接地故障时故障点与电压互感器安装处的距离，非故障相间电压的差别，互感器二次回路中性点的偏移也就越大；第三，电压互感器的不同二次绕组引至控制室接地点时使用同一根电缆芯,星形绕组共用电缆芯至控制室接地时，组的负载在共用电缆芯上的压降角绕组有输出工作时，误碰3321断路器控制屏A630电压端子,致Ⅰ母母线电压互感器二次侧A相接地在开口三角L640端子上引起母线电压互感器中性点位移B相电压升高，导致榆林变电站号主变压器过激磁保护出口,主变压器三侧开关跳闸事故。

2、解决方案

采用三次电流闭锁的过励磁保护判据如下

1变压器过励磁时谐波电流的特点，根据以上分析，为了防止变压器过励磁保护误动作，需要从变压器过励磁保护原理上进行改进，现代大型变压器铁芯都采用冷轧硅钢片，过电压时变压器励磁电流将激增，稳态空载电流含较多的三次五次谐波分量，仿真结果:变压器过电压时，励磁电流中三次，电流和五次谐波电流变化显著，过电压在115%、120%时，三次电流电流I3和五次谐波电流I5达最大值，分别为基波电流I1的80%和50%，当过电压更大时又明显减小。过电压为160%以上时I3/I1降60%以下，

2，变压器过励磁保护原理改进方案，在进行电压互感器倒闸操作时，变压器本身并未真正过励磁，因为变压器的端电压与系统有关，利用此特点可对现有微机过励磁保护原理进行改进，增设三次电流闭锁元件。

3、仿真结果及验证

根据变压器励磁涌流的分析，当变压器产生过励磁时，过励磁可能会使变压器各侧产生差流，利用差流的三次电流作为判据，可以有效防止因电压二次异常引起的过励磁保护误动作，但必须对过励磁情况下的三次电流特性进行充分研究分析，才可能找到确切的数据，作为保护动作的可靠判据利用PSCAD/EMTDC进行仿真，仿真系统变压器由3个单相变压器连接而成，各单相变压器变比为303kV/132.8kVS=200MV•A漏抗10%绕组为Yn/Yn连接，输电线路用分布参数表示侧输电线长度各为100km采样频率为2kHz。在EMTDC中，为了模拟变压器饱和，特使用Classic模型。变压器Classic模型的铁心U-I曲线及曲线中各参数设置在确定仿真系统后，我们给出正常运行及不同过电压情况下励磁电流的谐波分析可以看出，正常运行情况下，变压器励磁电流中三五次谐波电流含量都比较小，三次和五次谐波电流分别为37.6%与11.3%发生过电压时三五次谐波显著增大，三次和五次谐波电流分别为79.1%与51.3%，为了能够更方便地观察励磁电流中三次和五次谐波含量的变化，将数据进行拟合，所得结果根据以上分析可以看出，过电压情况下，励磁电流中的三、五次谐波含量相比变压器正常运行情况下大为增加，而三次电流的含量最大，变化最明显，所以可以采用三谐波电流闭锁的过励磁保护方案是可行的。

4、结束语

综上所述，本文通过对现有保护装置实现过励磁保护的原理分析，以及采用PSCAD仿真，对过励磁情况下励磁电流进行了详细的谐波分析，提出了含三次谐波电流闭锁的过励磁保护方案，此方案在不影响过励磁保护可靠性的情况下，可以有效的防止电压互感器操作过电压或二次电压回路故障而导致的常规过励磁保护误动的情况，此方案具有更好的工程利用价值。

参考文献：

[1]万康鸿,别瑞那.三次谐波电流闭锁式变压器过激磁保护分析[J].电网与清洁能源,2015,03:25-30+35.

[2]董铁孝.宁东—山东±660kV高压直流输电谐波特性的研究[D].山东大学,2016.