毕业设计（论文）-基于MATLAB的变压器励磁涌流抑制控制研究.doc

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1、 毕 业 设 计（论 文） 变压器励磁涌流抑制控制器设计系别：机电信息学院专业名称：电气工程及其自动化学生姓名：学号：指导教师姓名、职称：完成日期 2011 年 12 月 8 日论文题目：变压器励磁涌流抑制控制器设计专业：电气工程及其自动化本科生： 文 晨 （签名） 指导教师：李 忠 （签名） 摘 要 当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时，由于铁芯饱和会产生很大的励磁涌流，在最不利的情形下，可达到到正常励磁电流的上百倍，或者说可达到变压器额定电流的5一7倍。这一大大超过正常励磁电流的空载合闸电流称为励磁涌流。励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量的大小

2、、回路的阻抗、变压器容量的大小和铁芯饱和程度轶芯的剩磁以及合闸时的相角等因素有关。同时，在变压器空载合闸这一瞬变过程中，电流、电压的波形也会发生畸变，产生谐波;在一定的条件下，还可能会引起电力系统谐振，产生过电压。变压器差动保护动作正确率长期偏低的一个主要原因是励磁涌流的存在。而识别励磁涌流有很多方法，由于受变压器铁芯材料磁饱和点的降低、TA暂态饱和等诸多因素的影响，其可靠性可能大幅降低。因此有待研究一种可靠性更高的识别，抑制励磁涌流的新方法。本文利用MATLAB软件的仿真平台，在变压器各种运行情况下进行计算机仿真，并对所产生励磁涌流的特点进行分析。基于这些仿真分析，提出抑制变压器励磁涌流的方

3、法，并且对于这些方法进行仿真分析，确实这些方确实简单易行。关键词：变压器；励磁涌流；励磁涌流抑制；差动保护Subject ：Transformer inrush current suppression controller design Specialty ：Electrical system and automation Name： wen chen （signature） Instructor：li zhong （signature） Abstract When closing or external transformer no-load voltage recovery after f

4、ault clearing ,As the core saturation will have a huge inrush current ,In the worst case, can reach to a hundred times the normal excitation current, or up to the rated current of the transformer 5 to 7 times .This greatly exceeds the normal no-load excitation current is called inrush current closin

5、g .Inrush current size and decay time and the applied voltage, phase, iron core in the size anddirection of the remanence, the power capacity of the size of the loop impedance, the transformer core saturation capacity of the size and extent of Yi and closing at the core of theremanence the phase ang

6、le and other factors .Meanwhile, the transient in the transformer no-load closing process, the current and voltage waveform distortion can occur, resulting in harmonic ;In certain conditions, may also cause power system resonance, resulting in over-voltage . Transformer differential protection accur

7、acy is a major cause of long-term low inrush currentexists .And there are many ways to identify the magnetizing inrush current, the magnetic material due to transformer core saturation point lower, TA transient saturated and many other factors, maysignificantly reduce the reliability .So to be study

8、ing a more reliable identification, the new method of magnetizing inrush currentsuppression. This simulation platform using MATLAB software, the operation of the transformer under a variety of computer simulation, and the resulting analysis of the characteristics of magnetizing inrush current. Based

9、 on these simulation analysis, the method of magnetizing inrush currentsuppression, and simulation analysis for these methods, does the party really simple .Keywords: transformer； inrush current； inrush current suppression； differential protection 目 录内容摘要IIABSTRACTIII第1章 绪 论11.1研究的背景及意义11.2励磁涌流的危害性1

10、1.3 励磁涌流产生的原因及特点21.3.2 三相变压器励磁涌流的特征51.3.3 外部故障切除后变压器恢复性涌流特点71.3.4 变压器空载励磁涌流与恢复性涌流的区别91.4 本章小结10第2章 防止励磁涌流引起的误动方法112.1励磁涌流对差动保护的影响112.2电流辨别励磁涌流的方法122.2.1 二次谐波制动的方法122.2.2 间断角原理132.2.3 波形对称原理142.2.4 基于采样值差动的励磁涌流鉴别方法152.2.5 虚拟三次谐波式涌流制动方法162.2.6 小波变换识别方法162.2.7 基于数学形态学提取涌流的方法172.3基于电流电压识别励磁涌流的方法172.3.1

11、磁通特性判别方法182.3.2 等值电路参数鉴别方法192.3.3 基于变压器模型的励磁涌流识别方法212.3.4 利用瞬时电感判据识别法222.3.5 多条件制动判据方法232.3.6功率判别方法242.4 新型技术在励磁涌流识别方面的应用252.4.1 神经网络在励磁涌流识别中的应用252.4.2 小波理论在涌流识别方面的应用252.4.3 模糊方法在励磁涌流识别方面的应用262.5 本章小结27第3章 变压器仿真计算模型研究283.1 MATLAB软件介绍283.2 仿真模型303.2.1 变压器空载模型303.2.2 变压器短路模型313.3 仿真结果分析313.3.1 励磁涌流仿真示

12、波器结果313.3.2 仿真分析343.4 本章小结35第4章 几种抑制变压器励磁涌流的方法364.1控制三相合闸时间法364.1.1 快速合闸策略364.1.2 延时合闸法384.2中性点串电阻法404.2.1 涌流峰值表达式404.2.2 仿真说明424.3回路串联电阻延迟合闸综合抑制法434.3.1 回路串联电阻延迟合闸综合抑制法原理介绍434.3.2 模型建立444.3.3 仿真说明454.4 性能评价464.4.1 控制三相开关的合闸时间法性能464.4.2 中性点串联电阻法性能464.4.3 回路串联电阻延迟合闸综合抑制法464.5 本章小结46第5章 结 论475.1主要结论47

13、5.2 总结与展望47附录1 仿真模型中各个元件的参数设置48参考文献52致 谢5456第1章 绪 论1.1研究的背景及意义 电力系统由发、输、变、配、用等环节构成，各环节相辅相成、相互影响。其中，变电环节主要由变压器来完成。因此，变压器是电力系统中不可缺少的重要电气元件。它的安全运行与否直接关系到电力系统能否连续稳定地工作和电力生产的安全，同时大容量的电力变压器也是十分昂贵的设备，应根据变压器容量等级、重要程度及故障类型装设性能良好、动作可靠的继电保护装置。 近十年来，我国的电力工业正处于日新月异的发展阶段。大容量、超高压的大型变压器不断投产，系统规模不断扩大。而与之相比，变压器保护的发展却

14、相对滞后，拒动情况时有发生，误动情况相当严重。变压器是利用电磁感应原理将某一电压等级的交流电变换成同频率的另一电压等级的交流电静止电磁的装置。根据不通用途，变压器可分为多种类型。变压器除了能够改变电压等级外，还具有变换电流、变换阻抗和改变相位等作用。随着超高压、远距离输电在电力系统中的应用越来越广泛，大容量变压器的应用日益增多。电力变压器在空载合闸投入电网或外部故障切除后电压恢复时会产生很大的励磁涌流，同时波形严重畸变，可能造成差动保护误动。稳态情况下，变压器的励磁涌流很小，只有额定电流的1%左右。但是变压器空载合闸或外部短路被突然切除时，暂态励磁电流(即励磁涌流)的大小有时可以与短路电流相比

15、拟，这个暂态过程将持续几个周波甚至几秒钟的时间。此外，变压器在运行过程中经常承受短时过负荷和短时过电压的作用。经验表明，很多的变压器严重故障就是许多次轻微故障以及各种非正常的暂态过程的损坏累积造成损失。1.2励磁涌流的危害性（1） 引发变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运频频失败； （2） 变压器出线短路故障切除时所产生的电压突增，诱发变压器保护误动，使变压器各侧负荷全部停电；（3） A电站一台变压器空载接入电源产生的励磁涌流，诱发邻近其他B电站、C电站等正在运行的变压器产生“和应涌流”(sympathetic inrush)而误跳闸，造成大面积停电；（4） 数值很大的励磁涌流会导致变压器

16、及断路器因电动力过大受损； （5） 诱发操作过电压，损坏电气设备；（6） 励磁涌流中的直流分量导致电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率；（7） 励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染。（8） 造成电网电压骤升或骤降，影响其它电气设备正常工作。 数十年来人们对励磁涌流采取的对策是“躲”，但由于励磁涌流形态及特征的多样性，通过数学或物理方法对其特征识别的准确性难以提高，以致在这一领域里励磁涌流已成为历史性难题。1.3 励磁涌流产生的原因及特点抑制器的重要特点是对励磁涌流采取的策略不是“躲避”，而是“抑制”。理论及实践证明励磁涌流是可以抑制乃至消灭的，因产生

17、励磁涌流的根源是在变压器任一侧绕组感受到外施电压骤增时，基于磁链守恒定理，该绕组在磁路中将产生单极性的偏磁，如偏磁极性恰好和变压器原来的剩磁极性相同时，就可能因偏磁与剩磁和稳态磁通叠加而导致磁路饱和，从而大幅度降低变压器绕组的励磁电抗，进而诱发数值可观的励磁涌流。由于偏磁的极性及数值是可以通过选择外施电压合闸相位角进行控制的，因此，如果能掌握变压器上次断电时磁路中的剩磁极性，就完全可以通过控制变压器空投时的电源电压相位角，实现让偏磁与剩磁极性相反，从而消除产生励磁涌流的土壤磁路饱和，实现对励磁涌流的抑制。长期以来，人们认为无法测量变压器的剩磁极性及数值，因而不得不放弃利用偏磁抵消剩磁的想法。从

18、而在应对励磁涌流的策略上出现了两条并不畅通的道路，一条路是通过控制变压器空投电源时的电压合闸相位角，使其不产生偏磁，从而避免空投电源时磁路出现饱和。另一条路是利用物理的或数学的方法针对励磁涌流的特征进行识别，以期在变压器空投电源时闭锁继电保护装置，即前述“躲避”的策略。这两条路都有其致命的问题，捕捉不产生偏磁的电源电压合闸角只有两个，即正弦电压的两个峰值点（90或270），如果偏离了这两点，偏磁就会出现，这就要求控制合闸环节的所有机构（包括断路器）要有精确、稳定的动作时间，因为如动作时间漂移1毫秒，合闸相位角就将产生18的误差。此外，由于三相电压的峰值并不是同时到来，而是相互相差120，为了完

19、全消除三相励磁涌流，必须断路器三相分时分相合闸才能实现，而当前的电力操作规程禁止这种会导致非全相运行的分时分相操作，何况有些断路器在结构上根本无法分相操作。用物理和数学方法识别励磁涌流的难度相当大，因为励磁涌流的特征和很多因素有关，例如合闸相位角、变压器的电磁参数等。大量学者和工程技术人员通过几十年的不懈努力仍不能找到有效的方法，因其具有很高的难度，也就是说“躲避”的策略困难重重，这一策略的另一致命弱点是容忍励磁涌流出现，它对电网的污染及电器设备的破坏性依旧存在。 1.3.1 单相变压器励磁涌流的特征 电力系统中的电力变压器都是三相的，但为了清晰地说明励磁涌流产生的原因，先以一台单相变压器空载

20、合闸为例分析励磁涌流形成的物理过程及其特点，然后进一步分析三相变压器励磁涌流的特性。为了方便表达，一变压器的额定电压的幅值和额定磁通的幅值为基值的标幺值来表示电压u和磁通。变压器的额定磁通是指变压器运行电压等于额定电压时，铁芯中产生的磁通。用表压值表示时，电压和磁通之间的关系为u=d/dt (1.1)设变压器在t=0时刻空载时，加在变压器上的电压为u=Umsin（t+）。与（1.1）式联合解得=cos（t+）+（0） （1.2）式中cos（t+）为磁通分量，其中m=Um/;（0）为自由分量，如考虑变压器的损耗，（0）应该是衰减的分周期分量，这里不考虑损耗，所以是直流分量。由于铁芯的磁通不变，可

21、求得（0）=mcos（）+r （1.3）式中r是变压器铁芯剩磁，其大小方向与变压器切除时刻的电压（磁通）有关。电力变压器的饱和磁通一般为sat=1.151.4,而变压器运行电压一般不会超过额定电压的10，相应的磁通不会尝过磁通sat。所以在变压器稳态运行时，铁芯是不会造成饱和的。但在变压器空载合闸时产生的暂态过程中，由于（0）的作用使可能会大于sat，造成铁芯饱和。若铁芯的剩磁r0.cos0， 合闸半个周期（t=）后达到最大值，即=2m+r，远大于饱和磁通sat，造成变压器的严重饱和。此时（=0）合闸，最大值为2m+r，远大于饱和的磁通sat，造成变压器的严重饱和。此时的波形如图1-1所示用=

22、t+来代替时间，这样的波形是以2为周期变化的。在（0,2）周期内，121时发生饱和，而=事饱和最严重。令=sat，由于图1-1可得1=arccos（mcos+rsat/m，01 （1.4） 变压器暂态磁通1-1如下图1-2所示是变压器的近似磁化曲线，铁芯不饱和时，磁化曲线的斜率很大，励磁电流i近似为零；铁芯饱和后，磁化曲线的斜率L很小，i大大增加，形成励磁涌流。其中波形与sat只相差一个L，故在(0,2)周期内有i=0， 01或21i=Im（cos1cos），12 （1.5） 变压器近似磁化曲线1-2励磁涌流的波形如图1-3所示，波形完全偏离时间轴的一侧，而且是间断的。波形间点的宽度被称为励磁

23、涌流的间断角J，显然有J=2 1.6） 励磁涌流波形1-3间断角J是区别励磁涌流和故障电流的一个重要特征，饱和越严重间断角越小。J的数值与变压器电压（稳态磁通）幅值m 合闸角以及铁芯剩磁r有关，通常只关心各种情况下的最小间断角，在计算m=1.1，=0，sat=1.15。r则取最大剩磁。变压器的最大声词与许多因素有段，现场实测也很困难，具体数值目前还有争议，较为保守地可取r=0.7。据此按式（1.5）和式（1.6）算得J=108 0 。上面讨论的是正向饱和即（0）0）的情况。若（0）0，则会发生反向饱和，情况与正向饱和类似，只是=2时饱和最严重，里两次涌流达到最大；而在计算1时，式（1.4）sa

24、t前应加“”号，而r则取0.7，1的范围为12。励磁涌流中除了基波分量外，还有大量的非周期分量和谐波分量。由于励磁涌流是周期函数，可以展开成傅里叶级数 （1.7） (1.8) 励磁涌流中各次谐波分量的幅值可以根据傅里叶级数的系数和bn确定：非周期（直流）分量为=b0 /2,基波分量为，高次谐波分量为，n=2,3,4.将式（1.5）带入式（1.8），就可以计算出非周期分量和各次谐波分量。通常关心的是励磁涌流中非周期分量和高次谐波分量的含量（即她们与基波分量的相对大小）。显现在上述简化的饱和特想的前提下，它们至于间断角有段，与励磁涌流的幅值无关综上所述，单相变压器励磁涌流有以下特点（1） 在变压器

25、空载合闸时，涌流是否城市女生及涌流的大小与合闸角有关，合闸角 =0和 = 时励磁涌流最大。（2） 波形完全偏离时间轴一侧，并且出现间断。涌流越大，间断叫越小。（3） 含有很大成分的非周期分量，间断角越小，非周期分量越大。（4） 含有大量的高次谐波分量，而以二次谐波为主，间断角越小，二次谐波分量越小。 1.3.2 三相变压器励磁涌流的特征 目前各国电力系统均采用三相制，所以电力系统中的变压器大多是三相变压器。三相变压器可以用三个单相变压器组成，这种三相变压器称为三相变压器组;如果把三个单相壳式变压器的铁芯构成一体，则称为三相壳式变压器;还有一种由铁扼把三个铁芯柱连在一起的三相变压器，称为三相心式

26、变压器。三相变压器的磁路结构和绕组的连接方式很多，它们对励磁涌流的大小和波形有较大的影响。大型变压器一般都是由三个单相变压器组成的变压器组，由于三个铁芯的磁路完全独立，所以以上单相变压器励磁涌流的分析方法也适用于这种三相变压器。 三相变压器空载合闸时，三相绕组都会产生励磁涌流。对于YDll接线的三相变压器，引入每项差动保护的电流为两个变压器绕组的差值，其励磁涌流也应该是两个绕组励磁涌流的差值，即，。两个励磁涌流相减后，涌流的时域特征和频域特征都有所变化：，；三相剩磁，；A相的合闸角。由于三相电压时对称的，故，。经计算的波形如图1-4（a）所示，的波形分别如图1-4（b），（c），（d）所示。在

27、图1-4（a）中，要注意最大值出现时刻：是正向涌流，在时达到最大值；是反向涌流，因此在（即）时达到最大值；也是反向涌流，最大值发生在处。的间断角和二次谐波分别在78.6o，49.60，78.60,和，37.6%，14.8%。1 （a）波形；(b)波形；（c）波形；（c）波形 三相变压器励磁涌流波图1-4 分析三相变压器的励磁涌流是一个相当复杂的问题。在分析过程中往往要加入许多假设和简化条件，这样才能求得空载合闸于最严重条件下的励磁涌流特征。根据上面的算例，对于一般情况下，三相变压器的励磁涌流有以下特点:（1）由于三相电压之间有120o的相位差，因而三相励磁涌流不会相同，任何情况下空载投入变压器

28、，至少在两相中要出现不同程度的励磁涌流。、（2）某相励磁涌流（i.B.r)可能不再偏离时间轴的一侧，变成对称的励磁涌流。其他两项仍为偏离时间轴一侧的非对称励磁涌流。对称性涌流的数值比较小。非对称性涌流仍含有大量的非周期分量，但对称性涌流中无非周期分量。（3）三相励磁涌流仍有一相或两相二次谐波含量比较小，但至少有一相比较大。（4）励磁涌流的波形仍然是间断的，但间断角显著减小，但其中又以对称性涌流的间断角最小，但对称性涌流有另外一个特点：励磁涌流的正向最大值与反相最大值之间的相位相差120o.这个相位差称为波宽，显然稳态故障电流的波宽为180o。 1.3.3 外部故障切除后变压器恢复性涌流特点 图

29、1-5为变压器有载合闸的等效电路模型图。其中内阻抗为入，原边电流为，负载阻抗为。负载电流为 ,励磁阻抗为纯电感 ,励磁电流为，主磁通为。则根据基尔霍夫定律，有: (1.9) (1.10) (1.11) (1.12) 由以上的几个式子整理可得到 （1.13） 变压器有载合闸电路模型图1-5假定励磁电抗为常数，并且负载阻抗非常的小，可以忽略不计，同时忽略变压器漏磁的影响。设系统原边电源电压为采用平均电感后，Lm与的关系为：，则有： （1.14）其中： 合并整理式（1.14）可以得到 （1.15）其中： 从式子（1.15）可以看出稳态分量外，还有两个自由分量，均按各自的时间常数衰减。1 1.3.4

30、变压器空载励磁涌流与恢复性涌流的区别 （1）产生的机理不同： 1）空载励磁涌流就是电力变压器在空载合闸投入电网，在变压器线圈内所引起的冲击电流电力变压器空载合闸瞬间铁芯磁通处于瞬变过程，会产生三相不对称磁通，导致电力变压器绕组线圈迅速达到饱和，不过这种电流主要是非周期性变化的直流分量，它能导致铁芯严重饱和，在最坏的情况下合闸主磁通可以突变到稳定磁通的3倍，而励磁涌流有可能达到额定电流的8- 10倍当整定一台断路器控制一台变压器时，其速断可按变压器励磁电流来整定。 2）恢复性涌流是外部故障切除后电压恢复时，任何一侧发生电压骤增，基于磁链守恒定律引起的瞬变过程产生偏磁导致铁芯过度饱和，使励磁电流很

31、大，可达到额定电流的6- 8倍。 （2）涌流特征不同： 1）变压器空载时励磁涌流特征涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和二次谐波)，其变化曲线为尖顶波励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关饱和越深，电抗越小，衰减越快含有较大的非周期分量，且波形存在间断角励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8一10倍。 2）变压器外部故障切除后恢复性涌流特征峰值较小与空载合闸涌流相比，难以达到差动保护的启动判据;二次谐波含量高，即使恢复性涌流能够满足差动保护的启动条件。二次谐波制动判据也能够正确闭锁差动保护。 （3）对变压器差动保护的影响不同： 1）电力变压器在空载合闸投人电网时，由于变压器铁芯磁通的

32、饱和及铁芯材料的非线性特性，会产生幅值相当大的励磁涌流，而励磁涌流仅流经变压器的合闸电源侧，通过电流互感器反应到差动回路中不能被平衡，由此可导致变压器差动仅护误动作。 2）虽.然变压器外部故障切除后的恢复性涌流的二次谐波含量较高，大于50 ,但其恢复性涌流的幅值较小，还达不到差动保护的启动条件，说明变压器外部故障切除后恢复性涌流本身不会引起差动保护误动。 （4）对涌流的影响因素不同 1）影响变压器空载励磁涌流的因素:励磁涌流的大小与电压合闸初相角、剩磁大小和极性、铁芯磁化曲线有关同时其大小和衰减快慢取决于非周期衰减分量，衰减快慢与时间常数有关;而励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深

33、，电抗越小，衰减越快。 2）影响变压器恢复性涌流的因素:变压器能否出现恢复性涌流以及出现恢复性涌流的大小与变压器外部故障发生时刻的电势相角、故障严重程度h，故障切除时刻以及故障回路的时间常数这四个参数有关。21.4 本章小结 本章从变压器励磁涌流的危害入手，较为详细的讲述了变压器励磁涌流的特征，简要分析了其产生原因，对变压器空载合闸产生的励磁涌流和电力系统故障切除的恢复性涌流做了详细对比。第2章 防止励磁涌流引起的误动方法 本章变压器励磁涌流的产生对于变压器的差动保护有着严重影响。因此变压器励磁涌流的识别方法就十分重要，本章对于变压器励磁涌流的判别方法做出归类分析。2.1励磁涌流对差动保护的影

34、响 影响变压器差动保护安全性与可靠性的几个因素差动保护是变压器的主保护，它的安全可靠性对变压器保护影响最为关键。变压器差动保护在正常运行和外部短路时，理想情况下流入差动继电器的电流为零，保护装置可靠不动作。但实际上变压器在正常运行操作或外部短路时都有可能产生较大的不平衡电流，引起变压器差动保护的不正确动作。变压器差动保护主要有以下几个比较重要的问题： （1）TA不同型问题。变压器有两个及更多电压等级，构成差动保护所用的电流互感器的额定参数各不相同，由此产生的差动保护稳态不平衡电流较大。 （2）二次TA接线复杂。在构成变压器差动保护时各侧电流大多需进行星三角变换，引起变压器差动保护接线复杂，无形

35、当中增加了不平衡电流的来源。 （3）分接头调整问题。变压器高压绕组常有调压分接头，有的还要求带负荷调节，导致不平衡电流增大。 （4）涌流问题。一般情况下电力变压器工作在线性区域，变压器铁芯没有饱和，其励磁电流非常小，差动保护不容易误动，但在一些过渡过程中(如正常的空载合闸，外部故障恢复)，变压器铁芯容易在暂态过程中饱和，产生几倍甚至十几倍额定电流的励磁涌流，引起变压器差动保护误动。 （5）过励磁问题。变压器在稳态过励磁情况下，也会导致励磁电流剧增，引起差动保护非选择性的误动。 （6）TA饱和问题。如在区外故障过程中，一次侧电流的非周期分量较大，如变压器各侧的电流互感器饱和特性不一样，易引起某一

36、侧的电流互感器饱和，产生暂态不平衡电流，可能会引起差动保护误动。在外部故障切除过程中，由于TA的局部暂态饱和也可能会引起差动保护的误动。 （7）内部轻微匝间故障灵敏度问题。变压器内部轻微匝间故障时，虽然流过短路环的电流很大，但流入差动回路的电流可能很小，影响差动保护的灵敏动作。 （8）数字滤波器数据窗暂态问题。选择合适的数字滤波器对差动保护也很关键。同样一个差动保护装置，如果采用的滤波算法不同，其表现的性能也不一样。全波傅氏算法的精度较高，但滤波器的数据窗暂态延时较大，某些状况(如TA饱和、变压器励磁涌流引起的数据窗暂态)下的性能反而不如数据窗短的半波傅氏算法好。 综上所述，在实现变压器差动保

37、护时，要求差动保护能够躲过稳态、暂态不平衡电流，同时保证在内部轻微匝间故障时也具有较高的灵敏度，是相当复杂和困难的技术问题。主要需要解决的问题是: （1）有效的防止由于TA不同型与接线复杂及分接头调整引起的稳态不平衡与非饱和暂态不平衡电流的影响，这可通过比率制动特性的差动保护原理来克服。 （2）正确识别励磁涌流和内部故障时的短路电流，这取决于有效的涌流识别判据。 （3）外部故障电流导致二次侧TA饱和引起保护误动，还包括外部故障切除后TA局部暂态饱和引起的差动保护误动，目前关于TA局部暂态饱和的问题还没有引起足够的重视; （4）正确识别变压器的过励磁问题。 （5）选择暂态性能最优的数字滤波器作为

38、差动保护的滤波算法。数字变压器差动保护的开发研究前期，必须正确地研究这些因素的本质特征与消除影响的方案。传统的保护原理在现场应用已经非常成熟且积累了大量的经验，不能完全摒弃。本论文将就这些方面展开充分的研究与分析，并根据变压器故障、涌流等动态过程中的具体特征，提出适用于传统原理的磁化曲线计算方法，同时也针对新型变压器保护方案的要求，给出了相应电感参数的计算方法。22.2电流辨别励磁涌流的方法 2.2.1 二次谐波制动的方法励磁涌流中含有较大的偶次谐波分量，并且二次谐波分量最大，而故障电流中的二次谐波分量较小。因此计算出差流中的二次谐波分量，如果其值较大就可以判断为励磁涌流。判别式为:。其中，分

39、别称为差动电流中的基波分量和二次谐波分量的幅值；称为二次谐波制动比，按躲过各种励磁涌流最小的二次谐波分量下最小的二次谐波含量整定范围通常为二次谐波制动原理简单明了，有多年的运行经验，在微机变压器保护装置中得到了广泛采用。但随着电力系统容量增大、电压等级提高、变压器容量增大，采用二次谐波制动原理的变压器保护，面临着以下几个问题: (1)对大型变压器，由于在高压输电系统中，长输电线的分布电容效应十分明显。在变压器端部接长线或静补电容时，内部故障的暂态电流也可能产生较大的二次谐波。因此当大型变压器内部严重故障时，谐振而产生较大成分的二次谐波，使保护动作延时。 (2)大型变压器差动保护中，15%17%

40、的制动比是按照一般饱和磁通为1.4倍额定磁通幅值时合闸涌流的大小来考虑的。但现代变压器的饱和磁通倍数经常在1.2到1.3甚至更低，在此情况下涌流的最小二次谐波含量有可能低于10%以下，从而导致变压器差动保护误动。 (3)励磁涌流是暂态电流，不适合用傅氏级数的谐波分析方法。因为严格地说，傅氏级数的谐波分析方法只适用于稳态交流分量的分析，励磁涌流是含有较大衰减直流分量的暂态电流，将衰减的直流分量在时间轴上截断并进行周期延拓，会导致产生离散的幅度谱，混叠到周期信号的频谱中，影响二次谐波分量的大小，甚至导致误判。5 2.2.2 间断角原理间断角闭锁原理的变压器差动保护率先由我国于60年代提出并制成样机

41、，其模拟式保护装置己经得到广泛应用。间断角闭锁原理是利用励磁涌流波形具有较大的间断而短路电流波形连续变化不间断的特征作为鉴别判据。该方法简单直接，但它是以精确测量间断角为基础，如遇到TA暂态饱和传变会使涌流二次侧间断角发生畸变，有时会消失，必须采取某些措施来恢复间断角，但这却增加了保护硬件的复杂性;同时间断角原理还要受到采样率、采样精度的影响及硬件的限制，因此该原理在实际数字差动保护中的应用效果并不十分理想 间断角原理是我国继电保护工作者首先提出来并应用于实践，其模拟式保护装置已经得到应用。间断角原理是利用涌流波形有较大间断角的特征，通过检测差流间断角的大小实现鉴别涌流的目的。和二次谐波制动原

42、理相比，间断角原理有如下优点:利用了励磁涌流明显的波形特征，能清楚地区分内部故障和励磁涌流;一般采用分相涌流判别方法，在变压器内部故障时能迅速跳闸;具备一定的抗励磁。 但是这种方法要求较高的 AD采样率和AD采样精度，需要克服小电流识别误差大的问题，以便正确计算间断角，因此对硬件要求较高。另一方面，由于励磁涌流中的电流非周期分量有可能会引起C7，饱和，因而间断角可能会消失，甚至反向涌流，因而会引起误判 。 总之，间断角原理的微机实现在技术上是可行的，但硬件复杂且成本较高，在实用化过程中要作进一步经济技术分析和现场检验。间断角闭锁原理的变压器差动保护与二次谐波制动原理的差动保护相比，有如下显著特点:(1) 一般采用按相闭锁的方式，某一相符合间断角涌流闭锁条件则闭锁该相比率差动元件，在变压器各种内部故障时能迅速动作跳闸;(2) 具备较高的抗变压器过励磁能力，只有在过励磁倍数达到1.26倍以上时，比率差动保护才有可能误动，所以一般不需要附设变压器过励磁时差动保护的闭锁判据。而二次谐波制动的比率差动保护必须附设其他过励磁闭锁判据(如五次谐波制