电力变压器是电力系统的重要设备，不仅自身价格昂贵，它的正常运行对于整个系统的安全稳定也起着至关重要的作用。然而变压器保护的正确动作率始终不高，这给电力系统的运行可靠性带来了隐患。尤其是变压器空载投入或外部故障切除时产生的励磁涌流，常常会使保护发生误动作。

 

　　本文对电力变压器励磁涌流的相关问题进行了深入的研究，讨论了三相变压器中涌流特征的变化，计算了三相不同时合闸对保护的影响，并对换流变压器中的直流偏磁现象作了分类与计算。

 

　　文中首先分析了单相变压器的励磁涌流中的各个影响因素。综述了目前存在的涌流制动方案，并在单相涌流的基础上对传统涌流制动方案作了比较。

 

　　对于Y-△接线下的三相变压器各个励磁支路借△侧环流改变漏抗的分压作用而最终形成相互影响的机理进行了计算分析，比较了Y→△与△→Y两种电流相位校正方法对涌流特征的改变，讨论了环流助增作用、对称性涌流等现象，并综述了目前存在的各种三相涌流闭锁原理。

 

　　由于断路器老化等各种原因常常会导致三相合闸的不同时，本文计算了该现象对变压器空投时励磁涌流的影响，得出三相不同时合闸可能会使变压器一相出现严重涌流的结论。并在此基础上深入比较了各种电流相位校正方法与涌流闭锁逻辑。认为用原始相电流作为二次谐波源，并采用“或"门制动适时转入按相制动的方案可以在保护可靠性与速动性之间获得平衡。

 

　　最后综述了换流变压器保护中存在的相关问题，对换流变中的直流偏磁现象作了分类，并重点对交直流线路并行互感引起的换流变压器三相直流偏磁作了计算分析。

 

 

　　第1章绪论

 

　　1.1课题的研究背景与意义

 

　　近年来，随着国民经济的持续发展，电力需求快速增长，电力工业发展迅速，输电电压等级逐步提高，电网规模不断扩大。伴随着2009年我国第～条1000kV特高压交流输电线路的投入运行与世界首条+800kV直流输电工程的开工建设，目前全国已经形成了六大区域电网互联，系统总容量达6亿千伏安的世界上最大规模的交直流互联电网之一。这会将对电网安全稳定运行的要求提高到一个新的层次。继电保护作为电网的安全保卫者，其重要性也被放在了越来越突出的位置，对其动作的性能与可靠度也提出了更高的要求。

 

　　电力变压器是电力系统的重要设备，不仅自身价格昂贵，它的正常运行对于整个系统的安全稳定也起着至关重要的作用。根据文献1，虽然近年来变压器保护的正确动作率正逐年提高，但相对于线路保护仍有较大的差距(图1-1)。这其中，“制造部门”原因是造成继电保护不正确动作的最主要因素，尤其“原理缺陷"所占的比例一直处于不稳定的状态，亟需继电保护工作者的进一步深入研究。

  

图1-1 1997-2006年全国线路保护和变压器保护正确动作情况

  

　　对于变压器保护，一方面，由于近年来保护微机化与双重化配置的普及，大大提高了保护动作的可靠性;但另一方面，因为变压器各侧不是单纯的电气关系，其铁芯存在着非线性的励磁特性，且目前大多数的变压器三相之间采用Y/△连接方式，因而即使是三相磁路相互独立的组式变压器，其三相之间仍然会通过三角侧绕组形成相互影响。如再加上基于相差或减零序的幅值相位平衡的作用，最终呈现出来的涌流特征将更加复杂。因此如何鉴别变压器励磁涌流与故障电流是一直以来都没有真正解决的问题。虽然近年学者们对于变压器保护进行了深入的研究，并提出了众多新原理与新判据，但距其实用化与普及化还有很大差距。目前的装置仍以传统的二次谐波制动、间断角鉴别以及较为成熟的波形对称原理作为励磁涌流制动的主要方案。

　　另外，随着直流输电线路的增加，换流变压器台数逐年增长，其特定的运行条件要求其保护的配置与传统变压器保护有所差异。由于触发角不平衡、直流线路单极一大地运行、地磁感应、交直流线路并行互感等原因，使得换流变长期处于直流偏磁状态下，在此情况下变压器的运行特征，以及如何有效地抑制偏磁，以避免其对换流变的损害和对保护的影响，都是近年来的研究热点。并且，目前的换流变保护还不很成熟，1997—2006年十年间换流变压器保护正确动作率仅为74.51%^[1]，与传统变压器保护还有很大的差距，因而需要对此做专题的研究。

　　1.2本文的主要工作

 

　　本文在讨论了单相变压器励磁涌流及其影响因素，综述并比较了目前存在的涌流制动原理的基础上，对三相变压器励磁涌流中存在的问题以及三相不同时合闸的影响进行了深入的讨论，主要的工作如下：

 

　　1.对于单相变压器的励磁涌流，分别讨论了剩磁、饱和磁通比、励磁电感倍数对涌流的影响;对二次谐波、间断角和波形对称原理在单相励磁涌流鉴别中的表现做了对比分析。

 

　　2.在组式三相变压器模型的基础上，讨论了Y.△连接下三相励磁支路之间的相互影响情况，并对两种电流相位校正方法下涌流特征的变化及原始相电流作了计算分析，对目前存在的各种涌流闭锁逻辑作了概述，并深入讨论了△侧环流助增作用与对称性涌流等热点问题。

 

　　3.针对实际中常常存在的三相合闸不同时现象，定量计算并分析了其对三相变压器保护的影响以及造成严重涌流的各个合闸时刻。并在不同时合闸条件下对电流相位校正方法与涌流闭锁逻辑作了更加深入的讨论。

　　4.文章最后部分综述了目前换流变压器保护中的相关问题，对现存的直流偏磁现象作了讨论与分类，并重点对交直流线路并行造成的换流变压器中的三相直流偏磁大小作了计算。

　　1.3本文的创新点

　　1.对于断路器老化等原因造成的三相不同时合闸现象，本文分别在忽略和计及漏抗下对其之于变压器保护的影响作了计算，深入分析了三相不同时合闸中变压器三相励磁支路经过的电磁暂态过程，发现变压器空载投入时发生短时合闸不同时可能在变压器一相铁芯产生严重的饱和，给出了产生严重饱和的各个合闸时刻，并对不同时合闸中的涌流影响因素作了分析。

　　2.对V△连接的三相组式变压器中的励磁涌流现象作了深入讨论，分析了三相励磁支路的相互影响情况，比较了两种电流相位校正方法，并讨论了现存的各种涌流闭锁逻辑。且在三相不同时合闸条件下更进一步的加以分析，得出了宜利用原始相电流来计算二次谐波含量，并采用三相“或”门制动经检测到二次谐波含量减小后转为按相制动方案的结论。

　　3.针对换流变压器中存在的直流偏磁现象作了讨论与分类，计算了交直流线路互感所造成的变压器三相直流偏磁。