1 概述

變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理制成的一種靜止電器，用于把低電壓變成高電壓或把高電壓變成低電壓，是交流電輸配系統(tǒng)中的重要電氣設(shè)備。當(dāng)變壓器合閘時(shí)，可能產(chǎn)生很大的電流，本文主要論述該電流的產(chǎn)生和影響。

2 勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)

當(dāng)合上斷路器給變壓器充電時(shí)，有時(shí)可以看到變壓器電流表的指針擺得很大，然后很快返回到正常的空載電流值，這個(gè)沖擊電流通常稱(chēng)之為勵(lì)磁涌流，特點(diǎn)如下：

1)涌流含有數(shù)值很大的高次諧波分量(主要是二次和三次諧波)，因此，勵(lì)磁涌流的變化曲線(xiàn)為尖頂波。

2)勵(lì)磁涌流的衰減常數(shù)與鐵芯的飽和程度有關(guān)，飽和越深，電抗越小，衰減越快。因此，在開(kāi)始瞬間衰減很快，以后逐漸減慢，經(jīng)0.5～1s后其值不超過(guò)(0.25～0.5)In。

3)一般情況下，變壓器容量越大，衰減的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，但總的趨勢(shì)是涌流的衰減速度往往比短路電流衰減慢一些。

4)勵(lì)磁涌流的數(shù)值很大，最大可達(dá)額定電流的8～10倍。當(dāng)整定一臺(tái)斷路器控制一臺(tái)變壓器時(shí)，其速斷可按變壓器勵(lì)磁電流來(lái)整定。

3 勵(lì)磁涌流的大小

3.1 合閘瞬間電壓為最大值時(shí)的磁通變化

在交流電路中，磁通Φ總是落后電壓u90°相位角。如果在合閘瞬間，電壓正好達(dá)到最大值時(shí)，則磁通的瞬間值正好為零，即在鐵芯里一開(kāi)始就建立了穩(wěn)態(tài)磁通，如圖1所示。在這種情況下，變壓器不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。

1、緒言

電力變壓器是電網(wǎng)的重要組成元件之一，在電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行中具有極其重要的作用。由于電網(wǎng)中變壓器數(shù)量越來(lái)越多，其單體價(jià)值又非常高，一旦發(fā)生故障將造成嚴(yán)重后果，所以對(duì)變壓器保護(hù)動(dòng)作的可靠性有更高的要求。近年來(lái)，110KV變壓器保護(hù)正確動(dòng)作率一直徘徊在70％～80％之間（1999年66.99%, 2000年75.12%，2001年82.54%，2002年74.77%），遠(yuǎn)低于線(xiàn)路保護(hù)的正確動(dòng)作率，因此迫切需要對(duì)變壓器保護(hù)進(jìn)一步發(fā)展與完善?！?】【2】

2、變壓器故障的類(lèi)型及應(yīng)配置的保護(hù)【3】

變壓器的運(yùn)行故障主要有兩類(lèi)：（1）油箱內(nèi)部故障－包括各相繞組之間的相間短路、單相繞組部分線(xiàn)匝之間的匝間短路、單相繞組或引出線(xiàn)通過(guò)外殼發(fā)生的單相接地故障、鐵心燒損等；（2）油箱外部故障－包括引出線(xiàn)的相間短路、絕緣套管閃絡(luò)或破碎引起的單相接地（通過(guò)外殼）短路等。變壓器故障會(huì)導(dǎo)致不正常工作狀態(tài)，主要表現(xiàn)在：外部短路或過(guò)負(fù)荷產(chǎn)生過(guò)電流、油箱漏油造成油面降低、中性點(diǎn)過(guò)電壓、因外加電壓過(guò)高或頻率降低引起過(guò)勵(lì)磁等。

根據(jù)變壓器的故障狀態(tài)，應(yīng)裝設(shè)下述保護(hù)：（1）瓦斯保護(hù)－防止變壓器油箱內(nèi)各種短路故障和油面降低，其中重瓦斯跳閘、輕瓦斯發(fā)信號(hào)；（2）縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)和電流速斷保護(hù)－防止變壓器繞組和引出線(xiàn)多相短路、大接地電流系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線(xiàn)的單相接地短路及繞組匝間短路；（3）相間短路的后備保護(hù)，包括過(guò)電流保護(hù)、復(fù)合電壓起動(dòng)的過(guò)電流保護(hù)、負(fù)序過(guò)電流保護(hù)－防止變壓器外部相間短路并作為瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)的后備；（4）零序電流保護(hù)－防止大接地電流系統(tǒng)中變壓器外部接地短路；（5）過(guò)負(fù)荷保護(hù)－防止變壓器對(duì)稱(chēng)過(guò)負(fù)荷；（6）過(guò)勵(lì)磁保護(hù)－防止變壓器過(guò)勵(lì)磁?！?】

3、變壓器的勵(lì)磁涌流及變壓器差動(dòng)保護(hù)【5】

當(dāng)變壓器空載投入和外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，因鐵心飽和及存在剩磁會(huì)出現(xiàn)很大的勵(lì)磁電流即勵(lì)磁涌流，其特點(diǎn)是含有很大成分的非周期分量、含有大量的高次諧波分量且以二次諧波為主、波形之間有間斷，其大小和衰減時(shí)間與外加電壓、鐵芯剩磁大小與方向、回路阻抗、變壓器容量和鐵芯性質(zhì)有關(guān)。對(duì)于三相交流變壓器，由于三相之間相差1200，所以任何瞬間合閘至少有兩相出現(xiàn)不同的勵(lì)磁涌流，它對(duì)變壓器差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作有不利影響，而在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行及差動(dòng)范圍外發(fā)生故障時(shí)則影響不大。

差動(dòng)保護(hù)是用某種通信通道將電氣設(shè)備兩端的保護(hù)裝置縱向聯(lián)接起來(lái)，并將兩端電氣量比較來(lái)判斷保護(hù)是否動(dòng)作，其基礎(chǔ)是基爾霍夫定律。根據(jù)該定律，保護(hù)范圍內(nèi)流入與流出的電流應(yīng)該相等（變壓器歸算到同側(cè)）。當(dāng)保護(hù)范圍內(nèi)發(fā)生故障時(shí)，其流入與流出的電流不等，差動(dòng)保護(hù)就根據(jù)這個(gè)不平衡電流動(dòng)作。差動(dòng)保護(hù)原理簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)，有很高的動(dòng)作選擇性和靈敏度，以其優(yōu)越的保護(hù)性能成為大容量、高電壓變壓器的主保護(hù)，缺點(diǎn)是在勵(lì)磁涌流情況下容易誤動(dòng)。

從電路上看，變壓器一次繞組和二次繞組并非是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，變壓器差動(dòng)保護(hù)原理建立在穩(wěn)態(tài)磁路平衡的基礎(chǔ)上，是差動(dòng)保護(hù)原理的一種拓展。在暫態(tài)過(guò)程中這種平衡關(guān)系將被打破，只有等到暫態(tài)過(guò)程衰減后，原先的平衡關(guān)系才能重新建立，因此需要檢測(cè)這種暫態(tài)。變壓器差動(dòng)保護(hù)中的關(guān)鍵問(wèn)題是如何處理勵(lì)磁涌流導(dǎo)致的誤動(dòng)，目前常用的涌流閉鎖方法有二次諧波制動(dòng)、間斷角閉鎖、波形對(duì)稱(chēng)原理等。勵(lì)磁涌流是一次系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)和衰減直流分量疊加磁鏈的激勵(lì)下，作用于非線(xiàn)性勵(lì)磁特性的電流輸出。衰減的直流分量在頻域中是用傅立葉分析的一個(gè)連續(xù)的密度譜，而穩(wěn)態(tài)交流分量在頻域上是用傅立葉級(jí)數(shù)分析的一個(gè)離散幅值譜。在保護(hù)的數(shù)字信號(hào)處理中，將衰減的直流分量在時(shí)間上截?cái)嗖⑦M(jìn)行了周期延拓，導(dǎo)致產(chǎn)生成了離散的幅度譜