变压器和应涌流机理、影响及鉴别的研究

本课题将对近几年多次引起变压器纵差保护误动、而目前还没有充分认识清楚、且没有相应良好防误动措施的变压器和应涌流问题进行全面系统的研究。研究内容和意义如下：（1）建立变压器和应涌流解析分析模型，定性分析变压器和应涌流的产生机理和影响因素，这一工作具有开创性，它将奠定分析和应涌流性质与特征的理论基础。（2）建立变压器和应涌流的非线性数值仿真模型，定量分析影响变压器和应涌流各种因素的作用，这部分工作是对解析分析工作的深入。（3）将数值仿真与现场故障录波相结合，全面分析和应涌流引起变压器纵差保护误动的原因，为进一步提出防误动措施奠定理论基础，具有重要的工程应用价值。（4）综合变压器和应涌流本身物理特征及其它能够间接反映其性质的特征量，提出选择性好、可靠性高、速度快的和应涌流鉴别判据及防止其引起变压器纵差保护误动的措施。以上工作是保障变压器安全稳定运行的关键环节之一，具有重要的理论和现实意义。

涌流产生的原因是变压器铁心磁化曲线的非线性。如果铁心的磁化曲线如图1中a所示，电源侧接入正弦电压u，按照磁化曲线Φ-i的关系，就可作出涌流波形i（图1b）。涌流的波形和其幅值的大小，不仅与磁化曲线有关，而且与铁心剩磁磁通ΦR和电压投入时的相位均有关系。剩磁ΦR的存在，使铁心中的饱和磁通增大，导致励磁电流进一步上升。在电压投入相位为0°时，涌流值最大。图中标出的只是一个周期内的涌流波形，实际涌流是一种暂态电流，时间上是连续的。由于绕组存在电阻，随着时间的推移，波形的辐值会逐渐减小。涌流波形开始时偏在时间轴的一侧，然后逐步进入稳态，即电流与时间值逐渐对称，最后变成幅值很小而与时间值完全对称的正常的励磁电流，与电压相位差90°。

三相变压器中，涌流在每一相中均可能出现。涌流是非正弦波形，含有许多谐波分量，其中以直流和三次谐波分量占的比重较大。这些谐波的影响需加以抑制。

特高压、交直流混合输电及FACTS元件的广泛应用导致电力系统故障暂态过程复杂，缓慢衰减的非周期分量和谐波可能导致变压器保护中的励磁涌流识别判据误动作，从而导致变压器主保护的拒动，危及设备安全；一直未能根本解决的励磁涌流问题导致变压器保护的误动，影响系统的安全运行。基于漏电感和回路方程的保护原理易受扰动影响、难于整定，应用困难。研究不受励磁涌流影响的，性能优良的变压器快速主保护具有重要的意义。本项目拟在研究变压器T型等效电路电感参数特性的基础上，进行基于励磁支路参数保护原理的研究。利用励磁电感、励磁阻抗和动态磁化曲线等励磁支路参数在外部故障、铁芯饱和及内部故障时的数值特征，构建快速主保护判据。同时，研究带三角形接线变压器励磁支路参数的计算方法，解决新原理的应用问题。本项目提出的快速主保护方案不受励磁涌流的影响，动作速度快，算法简单可靠，能够适应电力系统发展对电力变压器保护的要求。