变压器励磁涌流识别方法
变压器励磁涌流分析
现有的励磁涌流的识别方法
（一）基于二次谐波的识别方法
1.二次谐波制动原理，用二次谐波幅值和基波幅值的比值和 设定好的定值进行比较。
2.二次谐波衰减原理
（二）基于波形特征的识别方法
1.间断角原理，通过检测涌流波形中间断角的大小来识别励 磁涌流
2.波形对称原理，利用差电流导数波形的前半波和后半波进 行对称比较来判断是否发生励磁涌流。若不对称则为励磁涌流。
signals 2
6 Multimeter
450 MVA 500 -230 kV Three -Phab
C
c
A B C Three -Phase Fault
Continuous powergui
signals 3 signals 4 signals 5 signals 6 signals 7
不考虑剩磁时励磁涌流仿真结果(α=0)
磁通变化规律
励磁电流变化规律
不考虑剩磁时励磁涌流仿真结果(α=pi/2)
磁通变化规律
励磁电流变化规律
励磁涌流间断性尖顶波谐波分析结果
励磁涌流电流所具有的特征
1. 励磁涌流的幅值大
2.任何情况下空载投入变压器，至少两相出现励磁涌流
3.含有很大的非周期分量，饱和越严重，非周期分量越大
（五）差有功法
变压器正常运行时，消耗的有功极小，当发生励磁涌流时， 由于变压器存储磁能，第一周期消耗的有功较大，第二周期则 消耗的较小。但是，当发生内部短路造成绝缘击穿时，变压器 则消耗很大的有功，不会出现差有功，据此即可判断是否发生 励磁涌流。
现有的励磁涌流的识别方法
（六）基于智能理论的判别方法
变压器最严重的磁过饱和情况
变压器励磁涌流的识别方法综述
变 压 器 励 磁 涌 流 的识 别方 法 综 述
张小钒 ，兰生 （福 州大学 电气工程与 自动化 学院 ，福 建 福 州 ３５０１０８）
摘 要 ：变压 器差动 保护 动 作 的正确 率一 直 以来都 受到 励磁 涌流的影 响 ，近年 来 大量 国 内外 继 电保 护 工作者进 行
目前 ，实际现场 的变压器差动保护系统 ，主要采用 以差 动 电流波 形特 性为 依据 的二 次谐波 制 动原理 和 间 断角 原理来 识 别励 磁 涌 流 。并 且 ，由于 二 次谐 波 制 动 原理 因为 算法 简单 ，且易 于在 微机 中实 现 ，所 以应 用得 最为 广泛 ，已具 有 多 年 的现 场 运 行 经 验 Ｊ。此 外 ，利 用变压器 电流量判别励磁涌流的方法还有波形对称原 理 Ｊ、积分 型波 形对 称 原理 ｊ、半 波叠 加 制 动原理 、 波形 正 弦度 特 征 判 别 法 ｊ、波 形 相 似原 理 ＂ 、波 形 相 关性 分析 法 Ｊ、波 形 拟合 法 Ｊ、虚 拟 三次 谐 波 原 理
变压器差动保护作为变压器的主保护 ，一直受到 励磁涌流问题 的困扰 ，在 ２００２—２００６年间 ，２２０ｋＶ及 以上变压器保护的正确动作率仅为 ８１．９１２％，远不如 １００ＭＷ 及 以 上 发 电机 保 护 的 ９８．４７６％ 。 因此 ，必
须 提 高变压 器 纵差保 护 动作 的正确 率 。 近年来 ，国 内外 继 电 器保 护 工 作 者 进行 了大 量 研
２
《电气开关》（２０１６．Ｎｏ．３）
和峰一峰问距判别法 等。利用变压器电压量判别 励 磁 涌 流的 方法有 低 电压制 动原 理和 谐波 电压 制 动原 理 。综合 利 用变 压器 电流量 和 电压量 判别 励磁 涌流 的 方 法有 功率 差动 原理 和 基 于变 压 器 模 型法 （包 括 基 于 等 效 瞬时漏 电感 和基 于等值 回路方 程等 ）。
答辩变压器励磁涌流及其识别方法
励磁涌流研究展望
01
跨学科交叉融合
将数学、物理、电力电子、人工智能等多个学科的理论和方法结合起来，
形成多学科交叉的研究体系，以解决励磁涌流识别中的难题。
02
智能化技术应用
利用大数据、云计算、机器学习等智能化技术，构建更加智能化的励磁
问题分析
通过对该案例的深入分析，发现 励磁涌流是由于变压器铁芯的饱 和程度不均所致。
解决方案
针对该问题，设计了一种新型的 变压器结构，采用分段绕组和特 殊铁芯材料，有效抑制了励磁涌 流的发生。
某新型变压器的励磁涌流识别技术应用
案例概述
01
某新型变压器在投入运行后，需要对其励磁涌流进行实时监测
和识别。
基于神经网络的识别方法
总结词
利用神经网络对变压器电流信号进行模式识别，实现涌流的自动识别。
详细描述
基于神经网络的识别方法利用神经网络强大的非线性映射能力和自学习能力，对变压器电流信号进行 模式识别，实现涌流的自动识别。该方法能够克服传统方法的局限性和主观性，具有较高的识别准确 率。但训练神经网络需要大量样本数据，且训练时间较长。
励磁涌流研究现状
励磁涌流产生机理研究
深入探讨励磁涌流的产生机理，研究其与变 压器绕组匝间电压、铁芯饱和程度等因素的 关系。
励磁涌流特征提取方法研究
通过提取励磁涌流的波形特征、频谱特征等，建立 有效的识别模型，提高励磁涌流的识别准确率。
励磁涌流抑制技术研究
研究各种励磁涌流抑制技术，如并联电阻、 串联电容等，以减小励磁涌流对变压器及电 网的影响。
基于频域分析的识别方法
各类变压器励磁涌流的特征
各类变压器励磁涌流的特征电力变压器励磁涌流电力变压器励磁涌流是变压器通电时，铁芯中发生磁通变化而产生的瞬时电流。
其特征受变压器类型、容量和连接方式等因素的影响。
双绕组变压器空载绕组励磁涌流：变压器空载通电时，电感性电流急剧增加，形成励磁涌流。
其波形为衰减振荡波，持续时间较短。
负荷绕组励磁涌流：变压器负荷通电时，由于负载侧电流急剧变化，原边绕组也会产生励磁涌流，但幅值小于空载励磁涌流。
三绕组变压器主绕组励磁涌流：与双绕组变压器空载励磁涌流类似，但由于多了一个绕组，涌流幅值和持续时间可能更长。
调节绕组励磁涌流：变压器调节绕组通电时，会产生较小的励磁涌流，幅值和持续时间远低于主绕组励磁涌流。
自耦变压器自耦变压器励磁涌流：自耦变压器的励磁涌流特征比较特殊，由于存在磁耦合，励磁涌流幅值会随耦合系数变化而变化。
相移变压器相移变压器励磁涌流：相移变压器励磁涌流的波形与普通变压器不同，由于变压器内存在励磁电流相移，导致励磁涌流具有不对称波形。
励磁涌流的的影响断路器跳闸：励磁涌流过大时，会引起断路器误动作，导致变压器断电。
绝缘损坏：励磁涌流产生的过电压会损坏变压器绝缘，导致短路或失效。
设备损坏：励磁涌流通过其他设备时，可能造成设备损坏或影响运行稳定性。
励磁涌流的抑制涌流限制电阻器：在变压器原边绕组串联涌流限制电阻器，限制励磁涌流的幅值。
电抗器：在变压器原边绕组串联电抗器，增加电路感抗，抑制励磁涌流的上升速度。
预磁合：变压器通电前，对铁芯进行预磁合，使铁芯处于非饱和状态，降低励磁涌流的幅值。
Y-△起动：对于三绕组变压器，采用Y-△起动方式，降低励磁涌流的冲击性。
理解和控制励磁涌流对于确保变压器和电力系统的安全稳定运行至关重要。
通过合理的选择和采取适当的抑制措施，可以有效减轻励磁涌流的影响，确保变压器安全可靠地运行。
变压器励磁涌流及鉴别方法 (1)精选全文
iμ.C：反向涌流，在 wt=4π/3时达到最大值；
iμ.A，iμ.B，iμ.C的间断角 和二次谐波分别为： 78.6°，49.6°， 78.6°和14.8%， 37.6%，14.8%。
结合上面的算例，对于一般情况，三相变压器励磁涌流有以 下特点：
• 3 间断角鉴别的方法
间断角鉴别----励磁涌流的波形中会出现间断角，而变压器内 部故障时流入差动继电器的稳态差电流是正弦波，不会出现 间断角。间断角鉴别的方法就是利用这个特征鉴别励磁涌流 和故障电流，即通过检测差电流波形是否存在间断角，当间 断角大于整定值时将差动保护闭锁。
动作判据：间断角判据，波宽判据。
3. 三相励磁涌流中有一相或两相二次谐波含量比较小，但至 少有一相比较大。
4. 励磁涌流的波形仍然是间断的，但间断角显著减小，其中 又以对称性涌流的间断角最小。但对称性涌流有另外一个特 点：励磁涌流的正向最大值与反向最大值之间的相位相差 120°。这个相位差称为“波宽”，显然稳态故障电流的波宽为 180°。
最严重的情况是在电压过零时刻（α=0）合闸， 最大值为
2Φm+Φr，远大于Φsat，造成变压器的严重饱和。
在励磁涌流分析中，通常用θ=wt+α来代替时间，这样 是以
2π为周期变化的。在（0，2π）周期内，θ1<θ<2π-θ1时发生饱 和，而θ=π时饱和最严重。令Φ=Φsat，由图6-12可得：
1
Arc cos(m
二次谐波制动元件的动作判据： I2 K2 I1
I1，I2----分别为差动电流中的基波分量和二次谐波分量的幅 值。 K2----二次谐波制动比，按躲过各种励磁涌流下最小的二次谐 波含量整定，整定范围通常为K2=15%~20%，具体数值据现 场空载合闸试验或运行经验确定。 “三相或门制动”方案----三相差动电流中只要有一相的二次谐 波含量超过制动比K2，就将三相差动继电器全部闭锁。
电力变压器的励磁涌流判据
1.电流波形特征识别法
1.1二次谐波制动原理
二次谐波制动法是计算差流中的二次谐波分量，若其值较大则判定为涌流，常用的判别式为：
式中：Id2和
二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。但是，采用二次谐波制动原理的变压器保护，面临着以下几个问题：
差动保护一直是电力变压器的主保护，其理论根据是基尔霍夫电流定律，对于纯电路设备，差动保护无懈可击。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一种来源。大型电力变压器正常运行时的励磁电流通常低于额定电流的1%，所以适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。但是，电力变压器运行条件复杂，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短路被突然切除而端电压突然恢复时，暂态励磁电流（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误动，为此，变压器差动保护的主要矛盾一直集中在准确鉴别励磁涌流和内部故障电流上。
为消除剩磁不确定性的影响，采用ψ-id曲线斜率dψ/did，区分励磁涌流和内部故障电流，如图1所示。变压器正常运行于未饱和时，数值较大且为一常数；铁心饱和时，数值较小；发生励磁涌流时，铁心交替饱和，将在大值与小值间周期变化；而内部故障时，数值较小且为常数
变压器差动保护及励磁涌流识别
变压器差动保护及励磁涌流识别摘要：变压器是电网中的核心元件之一，并且在电网中起到关键作用。
当变压器在运行中发生故障或出现不正常运行状态时，应该及时将其从电力系统中切除，以保证电力系统的正常运行和供电可靠性。
根据相关规范，变压器在投运前应装设多种不同类型的继电保护装置，本文的大致内容如下：首先，介绍与研究了变压器纵差保护的背景和意义，对纵差保护中的重难点作了理论分析；其次，研究分析了变压器纵差保护的基本原理、励磁涌流的特点以及几种在实际中经常用到的辨识励磁涌流的判据。
关键词：变压器差动保护；励磁涌流识别1变压器纵差保护原理变压器是电网中的核心元件之一，并且在电网中起到关键作用。
当变压器在运行中发生故障或出现不正常运行状态时，应该及时将其从电力系统中切除，以保证电力系统的正常运行和供电可靠性。
根据相关规范，变压器在投运前应装设多种不同类型的继电保护装置，本文主要研究变压器的纵差保护。
由基尔霍夫提出的第一定律是变压器纵联差动保护的理论基础，与传输线路的纵差保护相比，变压器的差动保护有其自身的特点。
下图是变压器纵差保护的原理图。
用两个电流互感器分别串入变压器的一二次侧，并将串在一次侧和二次侧的电流互感器的同极性相联，同时各引出一条线与差动电流继电器KD相连，把流经变压器的电流方向规定为正方向，即图中的I1和I2的流向。
流入差动电流继电器的不平衡电流是变压器差动保护中重要的特征参数之一，导致变压器两侧出现不平衡电流的因素有很多，比如:变压器各侧绕组联结方式、电流互感器的电流计算比与实际比、两侧电流互感器的励磁特性等的不同以及运行中变压器调压分接头位置的改变、励磁涌流等。
其中，由励磁涌流造成的不平衡电流对变压器差动保护的影响最严重，因此，要了解励磁涌流的特征。
2变压器微机继电保护2.1微机保护判据变压器纵差保护要符合下面的三个基本条件：若变压器发生内部短路故障，应快速跳闸。
如果变压器发生外部故障时，应保证不误动。
基于小波能量的变压器励磁涌流识别方法
从励磁 涌流 与 故 障 电流 产 生 的机 理 以及提 高 换 定义 为 ：
运算 效率 的角度 考虑 ，应 用 小 波分 析 理论 ，通 过
小波 变换捕 捉 信 号 在各 频 带 的暂 态 特 征 ，根据 电
流各 次谐 波能 量 分 布情 况 的不 同 ，提 出 了一种 基 于小 波能量 变 化 的鉴 别 励 磁 涌 流 的 方 法 ，拓 宽 了 变压 器继 电保 护的新 思路 。
第２ ６卷 第 ８期 ２１ ００年 ８月
电
力
科
学
与
工
程
Ｖｏ． ６． ｏ ８ １２ Ｎ ．
Ａｕ ．２ ０ ｇ ， ０１
Ｅ ｅ ｔｉ ｏ ｒ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ ｌ ｃ ｒｃ Ｐ ｗｅ ｃ ｅ ｃ ｎ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ
基 于 小 波 能 量 的 变 压 器 励 磁 涌 流 识 别 方 法
王 晓种 ，李 春 明
（ 内蒙古工业大学 电力学 院，内蒙古 呼和浩特 ００ ６ ） １０ ２
摘 要 ：提 出 了一 种 基 于小 波 能 量 变化 实现 励 磁 涌流 判 别 的 新 方 法 。 由于 励磁 涌流 和 内部 故 障 电 流 产 生 的 机 理 不 同 ， 因此 其 能 量 分 布 是 不 同 的 。 小波 变换 能 够 准 确 捕 捉 暂 态 信 号 的 特 征 ，且 小 波 能 量 能 够 反 映 信
（ ，）＝ ｔ ， （） ０ｂ ） ｔ）＝
的小 波变换 作 为 Ｆｕｉ 变换 的深 入 ，不但 广 泛应 ｏｒｒ ｅ
用 于通讯 系统 以及 图像 处 理 中 ，而 且 也 逐 渐应 用
老 蛎 （
Ｄ Ｔｊ ） ｆ （ ｄ＝ Ｗ （ｋ ＝Ｊ ） ｔ ， ）
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浅谈变压器励磁涌流的识别方法
【摘要】电力变压器运行条件复杂，暂态励磁电流（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误动，为此，变压器差动保护的主要矛盾一直集中在准确鉴别励磁涌流和内部故障电流上。
本文总结归纳了励磁涌流的常见和一些新型的识别方法，以供查询和阅读。
【关键词】变压器励磁涌流识别方法
1 励磁涌流的识别方法发展现状
变压器差动保护的中心问题是如何鉴别励磁涌流和内部故障电流，变压器励磁涌流对电网的危害很大，要想减小或消除励磁涌流所带来的危害，必须先要正确识别励磁涌流。
围绕电力变压器励磁涌流的判别，先后涌现出许多方法[1]，主要有电流波形特征识别方法、磁通特性识别法、等值电路参数识别法等。
常见的主要方法有：（1）基于二次谐波含量的识别方法；（2）基于间断角的识别方法；（3）基于波形对称特征的识别方法；（4）基于磁通特性的识别方法；（5）基于等值电路参数识别法。
2 变压器励磁涌流识别新方法
2.1 基于小波变换的方法
小波变换在时、频两域都具有表征信号局部特征的能力，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。
目前，小波变换在判别励磁涌流与内部故障电流方面的应用，主要
集中与高次谐波监测和奇异点监测。
实际上，两者都是间断角原理的一种推广，高频检测反映的是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时刻。
若差流的高频细节突变周期出现，则为励磁涌流；若出现一次后便很快衰减为0，则为内部故障。
奇异点检测利用了小波变换模极大值原理，检测的是差流状态突变而产生的第2类间断点，奇异点与涌流间断角相对应。
2.2 基于变压器回路方程的识别方法
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生变化作为区分变压器内部故障的判据。
该方法完全摆脱了励磁涌流和过励磁电流的困扰，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、副边绕组漏电感极难准确获得，目前尚无可行的测取方法，导致整定困难。
2.3 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于变压器容量的1%），励磁涌流时由于绕组存储磁能，第1个周期流入变压器的有功较大，但是第2个周期之后，尽管涌流时铁损耗和铜损耗都有所增加，变压器消耗的有功却非常小；然而当变压器绝缘损坏时，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。
差有功法从物理机理出发综合考虑电压、电流信息，是一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，首先需要避开涌流时变压器第1周期的充电过程，结果导致判别延时；其次，由于涌流时铜损耗很难精确计算，铁损耗增加，不容易整定。
而且，变压器外部故障时由于变压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。
2.4 基于模糊逻辑的多判据法
文献[2]在分析了大量的变压器保护方法的基础上，采用二次谐波、磁通饱和程度、电压高低、电流波形的对称程度等判据，利用模糊模式识别方法提出了一种多判据方法。
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重的概念，综合了各判据的优点，使各判据之间取长补短。
该方法弥补了严格依照精确定量判别涌流的不足，避免了“一票否决”，真正做到了“集思广益”，体现了智能化特点。
该方法只是变压器励磁涌流识别中的一个新探索，目前有很多问题难以解决，如模糊逻辑中隶属函数与权重应当如何选择？这个问题的回答建立在原有认识的基础上，而且需要技术人员对问题有较深入的认识。
所以，该方法仍需要科研工作者进行深入而细致的研究。
2.5 基于励磁涌流识别元件的方法
速饱和中间变流器由于在纵联差动保护中使用时动作电流大、灵敏度低，并且在变压器内部故障时，会因非周期分量的存在而延缓保护的动作，已逐渐被淘汰。
文献[3]提出了一种变压器新型励磁涌流识别元件，合理地利用涌流的多重特征，基于专门用于励磁涌流识别的虚拟差流，利用励磁涌流波形谐波、间断、励磁涌流的尖顶波和波形上升、下降处边沿斜率大的特征，通过综合波形谐波、波形间断判据实现按相制动，构成涌流闭锁元件，在变压器保护双重化的条件下，更准确地区分励磁涌流和故障电流，提高差动保护的可靠性和快速性。
该文献提出的励磁涌流识别元件主要有2个特点：一是利用波形综合分析法识别励磁涌流；二是为提高涌流识别的准确性，利用在差流中增加零序电流分量的方法，合成专门用于励磁涌流识别的虚拟差流。
2.6 基于虚拟磁通的识别方法[4]
在定义虚拟磁通的基础上，根据在发生励磁涌流和发生内部短路故障情况下，虚拟磁通对于差电流的曲线在中心对称性上具有明显的区别，提出了一种基于计算虚拟磁通的识别励磁涌流和内部故障的方法。
虚拟磁通只需要根据绕组端电压测量值就可以容易计算，虚拟磁通与差动电流的关系曲线的中心对称性特征只需要1～2个工频周期就可以准确判断。
3 结语
通过以上的介绍和分析可以发现，为满足电力系统不断发展的要求，近十多年来国内外学者对变压器保护的原理从各方面进行了深
入的研究和实验，提出了许多不同的方案。
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，不能完全满足电力变压器继电保护的要求；而原来已用于实际的一些方法随着电力系统的发展，也面临着新的考验。
因此，还需要加速研发更新、更全面的判据。
参考文献：
[1]葛宝明，王祥珩，苏鹏声等.电力变压器的励磁涌流及其发展方向[j].电力系统自动化，2003，27（22）：1-5，30.
[2]王增平，高中德，张举等.模糊理论在变压器保护中的应用[j].电力系统自动化，1998，22（2）：13-16，45.
[3]潘书燕，郑玉平，吴崇昊等.变压器新型励磁涌流识别元件[j].电力系统自动化，2011，35（19）：63-67.
[4]李富强，刘秀成，李东霞等.基于虚拟磁通与差动电流特性识别变压器励磁涌流[j].电力系统自动化，2008，28（23）：45-49.。