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　　22：八基金項目：鐵道部科技研究開發計劃項目（2009007-D）。

　　牽引變壓器的運行狀態直接關系整個牽引系統能否安全、穩定的運行。差動保護能很好地識別內部故障與外部故障，但不能可靠地識別勵磁涌流和內部故障。差動保護除受勵磁涌流的影響外，還受級聯和應涌流的影響。隨著牽引供電系統容量的增加和供電方式的改變，級聯和應涌流對差動保護的影響也越來越顯著。二次諧波制動判據已經不能滿足牽引變壓器保護的要求，現場中誤動事故時有發生，極大地影響和危害設備及供電的安全。

　　目前，國內外對電力變壓器和應涌流理論已經有了深入的研究，但對牽引變電所中因備用變壓器絕緣或AT變壓器空投產生的級聯和應涌流引起差動保護誤動的報道較少，這主要是由于這兩種情況而產生的級聯和應涌流造成的誤動具有隱蔽性，常被當成普通的誤動1而沒引起足夠的重視。

　　本文從牽引變壓器勵磁電壓變化導致勵磁電流變化的角度分析運行變壓器的級聯和應涌流的發生及發展過程，進一步分析級聯和應涌流以及發生級聯和應涌流時電流互感器飽和與否對牽引變壓器差動保護誤動的影響，并通過動模。圖中：T1和T2為變壓器，其中T1處于運行狀態，T2處于備用狀態；T1和T2分別由電源Source1和Source2供電；T1副邊的a相與T2副邊的a相均連接在母線1上，T1和T2的p相則連接在母線2上，以提高供電的可靠性；S1，S2，S3和S4為斷路器。由可知，由于不同的變壓器采用不同的供電電源，系統發生級聯和應涌流的可能性較小；而當變壓器副邊的a相和卩相分別連接在相同的母線上，則發生級聯和應涌流的可能性比較大。備用變壓器T2的高低壓側都與線路斷開時，若其S2斷路器真空泡絕緣性能不好，存在放電現象，就相當于在S2側空投，V/V牽引變電所電氣連接圖則低壓側會產生勵磁涌流，該勵磁涌流穿越了1時，會在了1的原邊側產生級聯和應涌流。在AT供電模式下，若S4合閘為AT所空充，則同樣會在了1側產生級聯和應涌流。

　　為了研究級聯和應涌流的產生機理并驗證級聯和應涌流對牽引變壓器差動保護的影響，在清華大學電力系統國家重點結構構建了。圖中：Us為單相電源；T1和T2為2個相級聯的單相牽引變壓器；Rs為電源系統的等效電阻；化和以分別為T1原邊和副邊繞組的等效電阻；化和分別為T2原邊和副邊繞組的等效電阻；S為合閘開關。

　　為了研究2臺單相變壓器的級聯和應涌流問題，根據所示電氣結構進行了級聯和應涌流；為T2空投時T1原邊側的電壓波形圖。由和可知：未合閘時T1的原邊側沒有勵磁涌流流過，故可以忽略電源系統等效電阻Rs上的電壓降落，T1的勵磁電壓基本穩定；合閘后，T2的副邊側被施加勵磁電壓，在T2的合閘側產生勵磁涌流（見）。T2的勵磁電流穿越T1時，T1的原邊側會產生1個較大的電流ZT1，使Rs中產生較大的壓降，導致T1原邊側的電壓出現和勵磁涌流方向相同的電壓降落；隨著勵磁電流的衰減，勵磁電壓也逐漸減小。

　　在0.48s時開始出現級聯和應涌流zd，且方向與相反，這主要由于T1單向偏置，而使變壓器的磁鏈向與勵磁涌流相反的方向偏置。當反向磁鏈積累達到飽和時，在中出現級聯和應涌流；級聯和應涌流的出現時間比合閘時刻以及勵磁電壓畸變的時刻要晚得多，這是由于從合閘到T1磁鏈飽和需要時間。隨著負向磁鏈的積累，導致T1飽和的程度加深，級聯和應涌流也不斷增大；當磁鏈的積累達到零時，級聯和應涌流幅值達到大，隨后，級聯和應涌流幅值減小。

　　3級聯和應涌流對牽引變壓器差動保護的影響級聯和應涌流與勵磁涌流有近似的波形特點，兩者的波形均偏于時間軸一側，含有直流分量，且二次諧波分量較大，如所示。因此，僅利用二次諧波分量制動判據即可識別出級聯和應涌流。

　　處于運行狀態的牽引變壓器副邊側有變壓器合閘操作時，則在該副邊側會有勵磁涌流產生。勵磁涌流中含有大量的直流分量，而直流分量易導致處于運行狀態的變壓器副邊側的電流互感器飽和。當該勵磁涌流穿越運行變壓器時在系統電阻上產生壓降，使運行狀態變壓器的原邊側勵磁電壓發生偏移，同時產生富含直流分量的級聯和應涌流，導致該原邊側的電流互感器飽和。電流互感器飽和與級聯和應涌流的共同作用可能會形成正弦性較好的差流。該差流的綜合諧波分量（二次諧波和三次諧波）很低，容易造成差動保護的誤動。由此可推斷：級聯和應涌流的直流分量才是牽引變壓器差動保護誤動的主要原因。

　　為了驗證上述分析的正確性，本文根據所示電氣連接結構圖進行了V/V接線牽引變壓器級聯和應涌流的。

　　其中，為發生T1空載、S2合閘時運行變壓器高壓側的三相電流波形；為發生T1空載、S2合閘時a相及卩相的相電流波形；和分別為電流互感器不飽和和飽和時的各相差流波形；和0分別為電流互感器不飽和和飽和時各相電流互感器不飽和時差流波形（a）A相差流（c）C相差流差流中諧波分量及差流中的基波分量。

　　由可知：在S2合閘后經過一段時間，T1出現級聯和應涌流，其中相B和C相在產生級聯和應涌流之前及發生級聯和應涌流時電流互感器均飽和。由可知：由于合閘側勵磁涌流中直流分量較大，電流互感器飽和。由可知：若電流互感器不飽和，只有在出現級聯和應涌流時，才會出現明顯的差流。由可知：在考慮電流互感器飽和情況下，級聯和應涌流產生之前，B相和C相的差流也較大，這是因為合閘側勵磁涌流中的直流分量比較大，導致合閘側的電流互感器飽和，同時使勵磁涌流穿越T1時產生的電流流經T1原邊側電流互感器時該電流互感器也容易飽和，進一步導致差流變大。由可知：在發生級聯和應涌流時，電流互感器飽和與級聯和應涌流共同導致差流的正弦性較好（中C相的差流）；在電流互感器不飽和的情況下，差流為和應涌流。因此僅依靠綜合諧波分量配合差動保護即可識別出級聯和應涌流的發生，閉鎖差動保護。由0可知：若電流互感器飽和時，差流的正弦性較好，C相在1.457s時的綜合諧波分量會低于門檻值015，此時該相基波動作量足夠大，綜合諧波分量不能夠閉鎖差動保護，會造成差動保護的誤動。

　　由上述分析可知：雖然運行牽引變壓器T1沒有故障，但相鄰的T2因絕緣不好或空投時，會在T1原邊側產生級聯和應涌流。該級聯和應涌流在T1沒有故障的情況下造成了保護的誤動，該誤動具有隱蔽性；級聯和應涌流中的直流分量是差動保護誤動的主要原因。

　　通過對以上的動模實驗分析，針對級聯和應涌流問題在牽引變壓器繼電保護中應注意的問題有：級聯和應涌流的識別判據不能僅依靠諧波閉鎖判據。因為若電流互感器飽和且與級聯和應涌流共同導致差流的正弦對稱性較強，綜合諧波分量較低，則容易引起誤動。

　　牽引變壓器的保護中應增加電流互感器飽和的識別，或使用不容易飽和的電流互感器，如TPY級電流互感器。以減少電流互感器飽和對差動保護的影響。

　　應盡量避免或減少級聯和應涌流產生的操作，如經常對開關進行檢測；并采用一定的抑制起始涌流的措施，如在設計變壓器時，考慮從變壓器結構的角度抑制勵磁涌流的大小。

　　4結語牽引變壓器空載合閘會引起相鄰運行狀態的變壓器的勵磁電壓變化，導致級聯和應涌流的發生。級聯和應涌流的出現時間與電壓的畸變時間存在較大的時間差。

　　級聯和應涌流中的直流分量引起電流互感器的飽和，這是牽引變壓器差動保護誤動的主要原因。因此僅依靠諧波制動的方法，無法準確地識別級聯和應涌流，會造成牽引變壓器差動保護誤動。

　　為了降低級聯和應涌流對差動保護的影響，應增加電流互感器飽和識別判據。