励磁电感研究背景
变压器保护的正确动作率相比线路保护仍然很低，据统计，2002—2007 年 220 kV 及以上变压器保护的正确动作率仅为 85.87%。电流差动保护作为电力变压器的主保护，反映差动电流的增加而动作于跳闸。但是，实际上差动电流的增加并不是变压器内部故障的本质特征，各种原因造成的铁芯饱和同样会导致变压器差动回路电流的增加而引起保护的误动。因此，电流差动保护必须与励磁涌流识别判据配合，共同构成变压器的主保护方案。
变压器励磁涌流识别方案主要包括以下 2 种：基于波形特征的识别方法和基于 T 型等效电路的识别方法。以二次谐波制动原理为代表的波形识别方法利用励磁涌流和内部故障的波形差异来区分内部故障和铁芯饱和。但是，差动电流中二次谐波的含量与铁芯饱和并不具备一一对应的关系，也就是说铁芯饱和并不一定表现为二次谐波含量的增加，暂态过程中差动电流所分解得到的二次谐波也不一定是由铁芯饱和造成的。因此波形特征识别方法存在整定困难、动作时间长等问题，制约了电力变压器主保护性能的提高。基于 T 型等效电路的励磁涌流识别方法较之波形特征识别方法，已经从仅考虑电气量特征发展为考虑铁芯饱和时的参数特征，其更能反映励磁涌流的本质特征。文献提出了基于T型等效电路漏电感或回路方程的变压器保护判据。由电机学的理论可知，漏电感并不是变压器的实际物理参数，其仅能用来描述变压器的稳态特征，在铁芯饱和时的漏电感参数特性需要进一步的研究和验证，另外，漏电感的数值较小，在保护整定时也存在一定的困难。文献利用等效励磁电感的特征构建励磁涌流识别判据，但是励磁阻抗的计算需要用到傅氏算法，基于励磁电感的频率特性和励磁电感的平均值的方法，在计算等效励磁电感数值之后还需要分析其特征，限制了继电保护的动作速度。随着电子式互感器技术的逐渐成熟和广泛应用，时域参数识别方法在输电线路保护中得到了一定程度的应用，这为构建不受励磁涌流影响的快速变压器保护提供了一个新的途径。
励磁电感保护原理
变压器 T 型等效电路如图3所示。由于铁磁材料的非线性特征(典型磁化特性曲线如图4所示，其中 B、H 分别为磁感应强度和磁场强度，Bm、Hm分别为最大磁感应强度和最大磁场强度)，在空载合闸以及故障切除后母线电压突然升高等情况下会发生励磁涌流现象。由铁芯饱和所导致的励磁电流增大会影响电流差动保护的正确动作，故需要设置专门的励磁涌流识别判据。由此可见，变压器主保护方案将变压器的工作状态分为正常运行、故障以及励磁涌流 3 部分，励磁涌流识别判据的动作速度和可靠性直接影响了电流差动保护的性能。
设置变压器保护的目的是及时发现变压器内部故障并动作于跳闸，以此来防止故障扩大造成的设备损坏。从这一角度出发，变压器保护方案仅需快速灵敏可靠地识别内部故障，而无需关注励磁涌流。基于此，将变压器的工作状态分为两类：一是非故障状态，包括变压器正常运行(空载或带负载)和变压器铁芯饱和两种情况；二是故障状态，包括变压器内部匝地、匝间故障和引出线故障。
因此，变压器不同工作状态下励磁电感的特征如下：
1）变压器正常运行及外部故障时，励磁电感数值非常大，且不具有波动性。
2）变压器发生内部故障时，等效励磁电感数值很小(漏感级别)，并无波动。
3）变压器空投等原因造成铁芯饱和时，励磁电感的数值在正常高值与饱和低值之间周期变化，具有明显的波动性。
由此，可以利用变压器不同工作状态下励磁电感的数值特征构建快速变压器保护方案。需要特别指出的是，当变压器空载合闸于故障时，内部故障与铁芯饱和的特征同时存在，等效励磁电感可能同时具有较低的数值和波动性，在构建保护判据时需要利用定值和延时的配合来保证故障判据的正确性。
励磁电感研究结论
在变压器 T 型等效电路的基础上，提出了一种基于励磁电感的变压器快速主保护方案，采用时域快速算法，用最小二乘法在 2ms 内计算等效励磁电感，利用等效励磁电感在正常运行、铁芯饱和以及内部故障时的不同数值特征构建保护方案，在原理上考虑了励磁涌流的特征，具有良好的性能。动模试验结果表明，该方案不受励磁涌流的影响，能够有效地识别 2.27%匝以上的匝间故障，动作时间小于 13 ms，且该方案不受系统运行方式变化以及系统谐波的影响，从动作可靠性和速动性方面都优于传统的二次谐波制动的差动保护，故可作为超高压特高压电网中的单相变压器保护新原理，具有良好的应用前景。 2100433B
ABB变压器保护
励磁机励磁方式
