电力变压器的励磁涌流判据及其发展方向葛宝明王祥珩苏，声王维1.北方交通大学电气工程学院，北京市14；2.清华大学电机系，北京市184气商要劢轾涌流与内部故障电流的判别直是伴随电力变压器差动保护的关嫔问，围绕这主嫔及研冗和应用现状进行了较详细的分析与客观评价，对比研究后给出了今后励磁涌流判别方法0引言近句来，我国的超压大界量电力变压器+断投产，远距离输电系统越来越多地建成运行，屯力工业备了可愕姆⒄埂｛1是，国内变卡器保护的发展却远远落后，其保护正确动作率长期偏低。造成这结果的原因有管理上的不足，有当前工作人员的素质问设计制造整定调试运行维护诸方面的失误，但主要的是由于电力变压器继电保护技术上的缺陷及动保护直是电力变玉器的小保护，其理论根据是基尔霍夫电流定作，对于纯电路设备。差动保护无懈可击。所以，在发电机和线路保护的应用中，差动保护写下了辉煌的页，例如，九妃期间发电机保护的正确动作率为98.2，系统保护的正确动作率达99.33九期间全国电网继电保护统计资料汇编。南京200充分体现了差动保护的明确选择性高灵敏度和高速动性。但是，对于变压器而言，由于内部磁路的联系，本质上不再满足基尔霍夫电流定律，变压器励磁电流成了差动保护不平衡电流的种来源。然而，大型电力变压器正常运行，的励磁电流通常低尸额定电流的所以，当设定差动保护动作值仍可准确区分变压器内部故障与外部故障。但足，电力变乐器运行条件夂杂，过励磁时励磁电流可达额定电流的水平，空载合闸或者变压器外部钮路被突然切除而端电压突然恢复时，暂态励磁电即励磁涌流的大小有时可与短路电流相比拟。这样大的不平衡电流必然导致差动保护炭动，为此，变压器差动保护的主要矛妈直集中王准确鉴，励磁流和内部故障电流上。

　　围绕电力变压器励磁涌流的判别，先后涌现出许多方法。本文较详细地对各种判别方法的原理优缺点及应用情况和前景进行了分析与评判。

　　1电流波形特征识别法电流波形特征识别法乜是人们研，的热点。

　　良前仍占据主流。该方法以励磁油流和内部故障电流波形特征的差异为依据。运用于实践的有次谐波制动原理和间断角原现新近提出的仃采样值差动原理1波形对称原理1波形叠加原理1波形相关性分析法和波形拟合法1其中，采样值差动原理是间断角原理的衍生，波形对称原理是间断角原理的改进，而波形叠加原理波形相关性分析法和波形拟合法则是波形对称原理的衍生或改进，另外，随着人们研宄领域的逐步扩大，研究层次流提供了新的手段，其中有代性的是神经网络和小波变换。然而，就目前发衣的文献打，这些新兴手段也只是局限于对电流波形进行些简单的加工，所以仍属于电流波形特征识别法的范畴。

　　1.1次谐波制动原理1次谐波制动法是计算差流中的次谐波分量，若其值较大则判定为涌流，常用的判别式为值；尺为次谐波制动比。

　　次谐波制动原理简单明了，有多年的运行经验，目前国内外实际投入运行的微机变压器保护大都采用该原理。！是。采用次谐波制动原理的变3.励磁涌流是暂态电流，不适合用傅里叶级数级数法的周期延拓将导致错天的结果。

　　很难适当选择制动比1.美国西屋公司的制动比为7.07.5，但人88取10，我国和大部分国家则取1你3晚1.谁更利。7较唯评判。

　　现代变压器磁特性的变化，使得涌流时次谐波合量低，导致误动而人界试变压器远趴离输电的发展使得内部故障时暂态屯流产屯较人的次朽波，导致扪动。

　　1.2间断角原理间断角原理利用了涌流波形有较人间断角的特征，通过检测差流间断角的大小实现鉴，油流的目着因电流互感器传变引起的间断角变形问。当电流互感器饱和时，在涌流的间断角区域将产生反向电流，电流互感器饱和越严重则反向电流越大，终使得涌流间断角消失；对于内部故障电流而言，电流互感器饱和将导致差流的间断角增大，而且电流互感器饱和越严重，其差流间断角越大。前者将使得变压器发生涌流时差动保护误动，后者将使得变压器内部故障时差动保护拒动。此外，用微机实现间断角原理时硬件成本高，主要现在以下2个方面3.需要较高的采样率以准确测量间断角，结果对，扣的计算速度提出了更高的要求涌流间断角处的电流非常小，几乎接近于0，而入化转换芯片正好在零点附近的转换误差大。

　　因此，需要高分辨率的人0转换芯片。

　　1.3波形对称原理波形对称原理是利用差电流导数的前半波与后半波进行对称比较。根据比较的结果去判断是汽发生了励磁涌流。对称的定义由下式给出为后半波对应第点的数值；尺为比较阈值。

　　当第；点的数值满足式2时称为对称。否则称为不对称。连续比较半个周期，对于内部故障，式2恒成立；对于励磁涌流，至少有14周期以上的点不满足式2.，该原理站厂对励磁油流导数波宽及间断角的分析，是间断角原理的推广，且比间断角原理容易实现。但是，涌流波形与许多因素有关，具有不确定性多样性，如果欠值取得太大，保护可能误动而故障电流也并非总是正弦波，实际系统中必须考虑故局1鹇障波形的坐卿分布电容较大的电缆线路存在时，故障波形中就含有大量的谐波，此时如果厂值选得太小，保护就有可能拒动；而且电流互感器饱和必将引起差流变形。

　　因此，该原理的应用必将遇到如下问3.比较阈值尺如何确定，应为多大。故障时式2不定总是恒成立，那么应当有多少点满足式2时才能判为故障，换言之对称范围1力对称角度应当取多大这两个问很难通过严格的理论分析或推导予以解决，应用中只能根据实际情况，通过试验的方式设定或修正结果潜伏了误判的隐患已们吴动1.4小波变换方法20世纪80年代后期发展起来的小波变换在时频两域都具有征信号局部特征的能力，被誉为分析信号的数学显微镜，非常适合于非平稳信号的分析，克服了傅里叶变换只能适应稳态或准稳态信号分析时域完全无局部性的缺点，可以准确地提取信号的特征。所以，小波变换的出现立刻引起了科技界时频分析方法的新革命，当然也为励磁涌流和内部故障电流的判别带来了福音。自从小波变换的妙用被继电保护工作者认识以来，就前仆后继地涌现出大批从事励磁涌流判别的科研人员，都试迎过小波变换沏底解决100年前留给我们的技术难目前，小波变换在此方面的应研究如火如装，似直以来主要免中于次谐波检测和奇异点检测此外并未发现大的突破。实际上，两者都是间断角原理的种推广。频检测反映的足差流状态突变产生的高次谐波，高频细节出现的位置对应于变压器饱和退饱和时刻或故障发生，刻。

　　若差流的高频细节突变周期出现。则为励磁涌流若出现次后便很快衰减为，则为内部故障。奇异点检测利用了小波变换模极人值原理，检测的是委；流状态突变而产生的第2类间断点，奇异点涌流间断角相对应。

　　但是，对微机保护来讲，获得高频分量势必需要提尚米样频率，从而增加了技术难度和成本，而且可能会受到系统谐波的影响，能否经受住环境高频噪声的考验，有待进步研宄。另外，如何正确检测模值亦是个难。

　　1.5神经网络方法人工神经网络，应用于变压器内部故障和励磁涌流判别，主要足利用优秀的模式识别能力进行电流波形识别。1994年，人晒首次被用于变压器差动保沪，进了励磁油流辨识4，之后此类鼷，的邓，尸励磁涌流和内部故障屯流的判别，如文献15用干区别变压器的励磁涌流外部故障和内部故障。

　　不管用于何种目的，设计时都要经历如下几个过程必顺类型的确定；入和输出层中各2点数目的确定输是差流采样或原副边电流样点输入网络，如此可确定输入节点数，输出节点数与网络要实现的功用有关，如仅用于励磁涌流和内部故障判别，则有1个进制输出即可，需要1个输出节点③含层及讳节点数衫次试凑确定，递函数的选择，练样本的获取，数据预处理，州练；寸已训练好的神经网络进行测试。

　　上述过程需反复进行，若在训练过程或检验时不能满足要求，那么网络结构及各种参数都纶要调整，然后重新训练，可，训练神经网络是件非常烦琐的事。而且，训练时需要大量的样本数据，其获取及预处理的工作量很大，尽管如此，仍难以保证训练样本集的完备性，从而导致误判。

　　实际由产相变压器励磁涌流的波形特征随系统电压和等位阻抗合闸初相知剩磁人小和方向相绕组接线方式和中性点接地方式相铁心结构相柱相柱单相变压器组等铁心材料和组装工艺磁滞回线和局部磁滞环等不同而改变，所以任何以油流波形特征为依，的防止宁。投误动的措施均+能保正变吒器差动保沪不误动，差，仪是误动次数的多少。

　　2磁通特性识别法利用内部故障和励磁涌流时变压器磁链差流取曲线的差别，文献17提出了励磁涌流的磁通特性识别法。变压器发生励磁涌流时，哄曲线即为变压器的空载磁化曲线发生内部故障时，曲线将偏离磁化曲线，且故障越严重则偏离越严重。

　　所以，通过计算铁心磁链屯和差流可正确判别励磁涌流。具体判据为如果位于磁化曲线则该+平衡电流为励磁涌流。否则为内部故障电流，此判据尽管理论上可行，但实际上由于受变压器不确定剩磁的影响，在励磁涌流情况下计算得到为消除剩磁不确定性的影响，文献17又对上述方法进行了改进，即采曲线斜率，山区分励磁油流和内部故障电流。1所不。变卡器正常运行于未饱和时，1邶1数值较大且为常数；铁心饱和时，呀士1数值较小；发生励磁涌流时，铁心交替饱和，1叼山1将在大值与小值间周数。

　　区2铁心未供和区内部故，成铁心馆和根据内部故障时1叨山值落于区励磁涌流时叨1值将在区1和区2间摆动。令1为制动指数，如果山。俏位于则1加当1位于区2时减1.这样，内部故障时几乎单调增加而励磁涌流，将从不大于1个阈值。

　　该方法由子计及了励磁油流时变压器铁心饱和。深入到励磁油流的产生原闪而实现判别励磁涌流的目的，因而具有先进性。但存在如下不足3.确定区1与区2较困难。特别是内部轻微故障，1叼1数值较大，儿乎可与正常运行怙况相比拟，这样，区1范围较大，而且可能与区2重合，终导致判据火效。

　　制动指数。的阈值需要通过实验确定，整定复杂。

　　与磁通特性法阐述的理论坫咄致，文献18从变压器励磁涌流的产生是由于变压器励磁阻抗的变化出发，提出了种利用测量阻抗变化区分励磁涌流与姒路电流的方法。文献19则提出种通过检测瞬，励磁电感基频分量的尤来区分励磁涌流和内部故障的方法，理论根源是涌流时变压器铁心工作于非线性区，瞬时励磁电感剧烈变化；而内部故障时铁心工作江线性区，瞬，励磁电感为常值。这3种方法具有异曲同工之妙，很有应前景，而1后2种方法更容易整定。但是，目前它们仅适合于单相变压器组，尚衣推广到柱式或柱式变卡器。

　　3等值电路参数鉴别法路的参数鉴别方法，而且无论是励磁涌流还是内部故障，绕组变器的统等位屯路2.

　　对于该电路，有如下特点队导纳化和与变压器运行状况无关，是个常数。

　　5.导纳7720和730与变压器的运行状况相关，对于内部故障和励磁涌流，它们现出极大的不同。具体地如果主绕组1在外，第3绕饥在闱里层，则励磁涌流时，71和以为大于，的常值内部故障时。故障绕组的导纳2.或随故障匝比的增加而，加，但非故障绕饥的导纳仍旧儿不为，或稍微变负。

　　所以，根据导纳7和73，的瞬时值可以建立判据，如果则变压器为内部故障。其中，和为非负实常数。对某几体变乐器应经过分析或实验确定。文献给出的参考值分别为1=，和=2.

　　但是，该方法需要获取变压器漏电感参数，以求取1723和2.进报据实，农样得到的各相绕组电压电流值计算瞬时导纳和7而且和的整定较难。

　　4基于变压器回路方程的算法该方法基于变压器原副边的互感磁链平衡方程与说副边电吒于电流和互感磁链的方程，消去互感磁链导到乜含原边电压和电流的线杜模型，该模型不直接反映变吒器铁心磁通的非线性，只达变压器原涮绕组漏感小电阻⑴，电压2及电流，2间的关系，以单相变压器为例。有如下达式为简明起。设变比为1据此，引出2条思路3.当变压器无故障时正常运行空载合闸外部故障及其切除，式4恒等；而内部故障时，式4不再成立。定义扰，实现了与差动保护迥然不同的变压器主保护，构思新颖，原理简明。但实践中存在如下困难变压器原副边纟控且漏电感极难准确获得，目前1无可伯测取方法，导致整定闲难。

　　5差有功法，差有功法的基本原理是正常运行时变压器消耗有功非常小铜损耗和铁损耗之和小变压器容每的励磁浦流，山于绕组存储磁能，第变压器消耗的有功却非常小尽矜浦流时铁报耗和铜损耗都打所增加；然而3变玉器绝缘损坏，电弧放电发热将消耗大量的有功。所以，通过检测变压器消耗有功的大小，即差有功，可判别变压器是否发生内部故障。具体实现时，在差有功中去除铜损耗以提高保护的灵敏度，付于节相两绕姐变玉器有瞬时电压电流和电阻。

　　差有功法的判据为如果疋，则变压器为内部故障，设定阈值的目的是为了避免涌流时误动。此外。电压乜感器和电流互感器的测量误差将影响的大小，例如电压互感器和电流互感器差功法+再纠缠于励磁涌流波形特征，从物理机理出发综合考虑电压电流信息，是种全新的主保护方案。然而，该方法仍无法回避励磁涌流带来的不利影响。首先要避开涌流时变压器第1周期的充电过，结果导致判别延时其次。山于涌流时铜损耗很难计算，铁损耗，加，整定不容易。

　　而且。变压器外部故障时山于变玉器流过较大的穿越电流，使变压器消耗较大的有功，其对差有功法的影响也不容忽视。所以，文献23使用了辅助判据以提尚灵敏度。

　　6基于模糊逻辑的多判据法办⑶则当，时，变压器为内部故隆01为阈值121.

　　变压器在正常运行励磁涌流过励磁或外部短路时，绕组漏感和电阻为恒定不变的常值，而在内部故障时却要发生变化。基于此特性，可将绕组漏感和电阻是否发卞变化作为区分变压器内部故障舰完全摆脱了励磁涌流和过励磁电流的困该方法基于对现有励磁涌流识别算法的认识，借助模糊逻辑隶属度和权屯的概念，综合了各判据格依照定运判别涌流的+足，避免了票否决，真正做到了集思广益，体现了智能化特点。

　　例如。文献24综介次谐波制动原理波形特征识别法磁通特性识别法和低电压判据的优点，利用模糊集合理论提出了种多判据方法。

　　索，目前有很多问难以解决，如模糊逻辑中隶属函数与权重应当如何选择，这个问的回答建立在原有认识的基础上，而1需要技术人员对问有较深的认14.所以，该方法仍，要科研1作苕进行深入而细致的研究。

　　7结语当前存在的励磁涌流与内部故障判别方法虽然种类繁多，但都不够完善，远不能满足电力变压器继电保护的要求。为此，加速研制新判据非常迫切与重要。科学地讲，由于变压器发生励磁涌流时磁路流斤线忭相而以系统中彼。的2个变量。所以，只有应用电压电流2个状态变量同时述变压器的运行状态，信息才具有完备性。就理论而言，存在2种途径判别变压器励磁涌流与内部故障种途径是抛开差动保护的思路，应用变压器电流电压信息，从解决问的开始就避开励磁涌流的问，如基于变压器回路方程的算法消去了直接体现变压器铁心磁通的非线性项，从而避开了励磁涌流的纠缠；另种途径就是直面励磁涌流，寻求判别励磁涌流和内部故障的方法，这种途径应充分考虑励磁涌流时变压器铁心的。线朴如磁通特性法。此外，这问的解决还必须借助先进的科技识别手段，随着科学技术的发展，这问必将得到解决。