二次谐波涌流制动的实例分析与方法改进

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1、二次谐波涌流制动的实例分析与方法改进李雪峰阳丙海滨电力发展有限公司529800摘要：木文阐述了励磁涌流产生的原因、励磁涌流的波形特征，以此得出了更加准确地区分励磁涌流和故障电流的方法。在此基础上，简述了改进的二次谐波幅值相位综合制动方法，该方法兼顾了差动保护的速动性、灵敏性和涌流二次谐波含量低时的安全性。关键词：二次谐波涌流制动刖g:目前广泛采用基于波形特征的方法来鉴别励磁涌流，如二次（偶次）谐波制动、间断角闭锁、波形对称等原理。这些方法各有优劣，但只利用其中某个波形特征而忽略了另外一些重要的特征。如二次谐波制动原理只利用了涌流波

2、形中的二次谐波分量；间断角原理只利用了波形间断的特征。研究发现：仅根据二次谐波幅值比或间断角都无法重构涌流波形，因此从利用涌流波形特征的制动方案来看，涌流波形的特征量还是挖掘得不充分。现场运行的绝大部分电力变压器均采用差动保护作为其主保护。众所周知，采用该原理的关键问题是如何快速地将空投或切除外部故障引起的励磁涌流与故障电流相IX分。现在主要采用二次谐波制动原理识别涌流的方案，在实践中有较广泛的应用。二次谐波制动方法在原理上有其不足之处，易受系统其它因素产生的谐波的影响，例如高压输电线分布电容、变压器低压侧串补电容、变电站电缆分布

3、电容及TA饱和产生的谐波等，会导致变压器内部故障时仍含有较大的二次谐波分量。另外在实际励磁涌流中，由于多种原因（如现代变压器的饱和磁通降低、TA饱和等因素）导致励磁涌流中二次谐波含量明显降低而无法制动差动保护，或要求用户将谐波制动比整定得很低，从而降低了差动保护的速动性和灵敏性。1、励磁涌流的波形特征励磁涌流波形表现为尖顶波的特性，苏谐波含量中基波和二次谐波最大，还含有其它偶次谐波。分析余弦基波与二次谐波波形在不同相对初相位下的叠加情况可以发现，在叠加了一定直流分量iL二次谐波与基波相对相位为O°的情况下，会最大限度地增加

4、正极性电流、削弱反极性电流，叠加成偏向于吋间轴正向的涌流波形，如图1所示。图中iO为直流分量，il为基波分量，i2为二次谐波分量，i为叠加波形。相反，二次谐波与基波相对相位为180°的情况下，会叠加成偏向于时间轴负向的涌流波形。利用变压器吋域模型仿真得到励磁涌流波形，采用全波傅氏算法计算基波与二次谐波的相位差，并绘制了在二次谐波复数平面上的轨迹图形如图所示。图1基波与二次谐波叠加情况图(1)涌流波形中基波与二次谐波之间的相位关系冋吋，反过来由合成的方法也可以验证这个事实。以一定量基波、二次谐波、直流分量组合来构成涌流波形，

5、发现当设置基波和二次谐波之间的相位角为O°或180°吋，才能构造出类似励磁涌流的形状，如图(2)所示，组合得到涌流的波形轮廓。通过上面的例子，可以初步得出如下结论：单相励磁涌流中的基波与二次谐波相位差为：Δφ=O°^=(180°)。偏向于时间轴正侧的涌流基波与二次谐波的相位差为0°;偏向于吋间轴负侧的基波与二次谐波的相位差为180°。图(2)根据指定相位关系合成的涌流波形2、附加相位判别的自适应二次谐波励磁涌流制动方案附加相位判别的自适应二次谐波判据其主判据仍然是二

6、次谐波比制动，从理论上看，增加辅助相位判据能更奋效地利用涌流波形的全信息，提高涌流识别的正确率，而在内部故障吋，一般二次谐波分量较小，如因长线或电容充放电效应出现较大的二次谐波分量吋，苏二次谐波的与以上由于变压器铁芯饱和出现的相位特征不一样，即使增加二次谐波相位判据也不会引起差动保护的拒动。附加自适应判据方案的基本原理是：在基波与二次谐波相位差在O°或180°附近适当降低制动比。自适应的附加相位判据由2个二次谐波制动比需要整定ηl,η2,一般η2<ηl,根据涌流中的基波、二次谐

7、波的相位差来自适应地选取二次谐波制动比。传统的二次谐波涌流制动判据为图3中一半径为ηl的圆，它不管基波与二次谐波相位的关系，都采用一个固定的谐波比判据。由前面的分析可知，完全根据涌流中的二次谐波与基波幅值信息，想要恢复出涌流的包络线很困难，也就是说传统的二次谐波制动判据丢失了涌流中的重要的相位信息，而自适应判据根据涌流中的相位条件来调整二次谐波制动比，故能取得较好的制动性能。图3为制动系数复平面，其中粗实线为自适应附加相位判据的制动边界，在制动边界外面，差动保护可靠制动，在边界里面则开放差动保护。二次谐波复数比可以定义为：

8、图3为该判据的动作特性，当涌流中基波与二次谐波的相位差O°或180°附近时，只要二次谐波制动比大于ηl,就判别为涌流，附加相位判别的自适应二次谐波制动判据为：ηηlI2-Iθl或I2--180&d