在電力系統(tǒng)運(yùn)維場(chǎng)景中，不少企業(yè)的變電班組都遇到過類似問題：變壓器空載合閘時(shí)明明沒有故障，卻觸發(fā)變壓器保護(hù)誤動(dòng)跳閘，停電檢修不僅耽誤生產(chǎn)進(jìn)度，還會(huì)產(chǎn)生額外的運(yùn)維成本；而如果調(diào)整保護(hù)定值降低靈敏度，又怕真的出現(xiàn)內(nèi)部故障電流時(shí)保護(hù)拒動(dòng)，引發(fā)設(shè)備燒毀等嚴(yán)重安全事故。同時(shí)，電力監(jiān)管部門的定期巡檢中，也要求運(yùn)維單位提供變壓器保護(hù)對(duì)勵(lì)磁涌流與故障電流的識(shí)別準(zhǔn)確率驗(yàn)證材料，不少單位因?yàn)槿狈?biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)數(shù)據(jù)，無法通過合規(guī)性檢查。

要解決這類問題，首先要理清兩種電流的本質(zhì)差異，明確變壓器勵(lì)磁涌流特征是區(qū)分兩者的核心基礎(chǔ)。變壓器勵(lì)磁涌流是變壓器鐵芯飽和時(shí)產(chǎn)生的暫態(tài)電流，通常出現(xiàn)在空載合閘、外部故障切除后電壓恢復(fù)的場(chǎng)景中，含有大量的二次、三次諧波，其中二次諧波占比通常超過15%，波形存在明顯的間斷角，整體偏于時(shí)間軸的一側(cè)，幅值*高可達(dá)到額定電流的8倍左右【1】。而內(nèi)部故障電流是變壓器繞組出現(xiàn)匝間短路、相間短路、接地短路等故障時(shí)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)或暫態(tài)電流，波形接近標(biāo)準(zhǔn)正弦波，對(duì)稱分布于時(shí)間軸兩側(cè)，諧波含量低，以基波分量為主，故障持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)幅值基本穩(wěn)定。部分場(chǎng)景下兩種電流的幅值接近，僅靠幅值判斷很容易出現(xiàn)誤判，這也是很多變壓器保護(hù)誤動(dòng)的核心原因。

一、主流變壓器勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障電流識(shí)別方法對(duì)比

目前應(yīng)用于變壓器保護(hù)的變壓器勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障電流識(shí)別方法主要分為三類，不同方案的適用場(chǎng)景和準(zhǔn)確率存在明顯差異。

第一類是二次諧波制動(dòng)法，基于變壓器勵(lì)磁涌流的高次諧波特征，設(shè)置二次諧波占比閾值，當(dāng)檢測(cè)到電流中的二次諧波占比超過閾值時(shí)判定為變壓器勵(lì)磁涌流，閉鎖保護(hù)動(dòng)作。這種方法原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本較低，是當(dāng)前變壓器保護(hù)中應(yīng)用*廣泛的識(shí)別方法，但在特定場(chǎng)景下，比如變壓器帶故障合閘、內(nèi)部故障電流伴隨電容效應(yīng)產(chǎn)生諧波時(shí)，容易出現(xiàn)誤判。

第二類是間斷角識(shí)別法，通過檢測(cè)電流波形的間斷角大小區(qū)分兩種電流，變壓器勵(lì)磁涌流的間斷角通常超過60度，而內(nèi)部故障電流基本沒有間斷角。這種方法識(shí)別準(zhǔn)確率較高，但對(duì)保護(hù)裝置的采樣精度要求高，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行時(shí)容易受到線路噪聲干擾，在電壓等級(jí)較低的變電站中應(yīng)用限制較多。

第三類是智能識(shí)別法，結(jié)合小波變換、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)提取電流波形的多維度特征，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的區(qū)分，目前已經(jīng)開始在智能變電站的變壓器保護(hù)中試點(diǎn)應(yīng)用【2】。這類識(shí)別方法對(duì)復(fù)雜工況的適應(yīng)性更強(qiáng)，能夠適配新能源并網(wǎng)場(chǎng)景下多變的變壓器勵(lì)磁涌流特征，但算法訓(xùn)練需要大量的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)支撐，落地成本相對(duì)較高。

二、面向B端用戶的變壓器保護(hù)校驗(yàn)落地方案

對(duì)于風(fēng)電、光伏、工礦企業(yè)的自備電站等B端用戶來說，僅靠保護(hù)裝置自帶的識(shí)別方法不足以完全規(guī)避誤動(dòng)、拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，需要提前結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況做針對(duì)性校驗(yàn)，這時(shí)*需要用到繼電保護(hù)測(cè)試儀開展模擬測(cè)試。

常規(guī)的繼電保護(hù)測(cè)試儀支持自定義輸出不同特征的電流波形，用戶可以模擬現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的各種變壓器勵(lì)磁涌流場(chǎng)景，比如不同合閘角度、不同鐵芯剩磁、不同容量變壓器的涌流波形，同時(shí)也可以模擬不同嚴(yán)重程度的內(nèi)部故障電流，測(cè)試變壓器保護(hù)裝置的動(dòng)作邏輯是否符合預(yù)期。針對(duì)特殊工況的用戶，還可以選用專用的變壓器保護(hù)測(cè)試儀，這類設(shè)備內(nèi)置了多組標(biāo)準(zhǔn)的變壓器勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流樣本庫(kù)，支持一鍵生成測(cè)試序列，自動(dòng)完成不同識(shí)別方法的閾值校驗(yàn)，測(cè)試完成后可以自動(dòng)生成校驗(yàn)報(bào)告，方便運(yùn)維團(tuán)隊(duì)存檔。

比如某鋼鐵企業(yè)的自備電站之前多次出現(xiàn)主變空載合閘時(shí)變壓器保護(hù)誤動(dòng)的問題，運(yùn)維團(tuán)隊(duì)用變壓器保護(hù)測(cè)試儀模擬現(xiàn)場(chǎng)的合閘工況，發(fā)現(xiàn)是現(xiàn)場(chǎng)變壓器剩磁較高，勵(lì)磁涌流的二次諧波占比剛好低于保護(hù)裝置的默認(rèn)制動(dòng)閾值，導(dǎo)致保護(hù)誤判為內(nèi)部故障電流。通過調(diào)整定值并反復(fù)測(cè)試不同場(chǎng)景下的識(shí)別準(zhǔn)確率，驗(yàn)證定值合理性后，后續(xù)再也沒有出現(xiàn)同類問題，單次校驗(yàn)*避免了數(shù)十萬元的停機(jī)損失。對(duì)于B端用戶來說，定期用繼電保護(hù)測(cè)試儀開展校驗(yàn)，能夠在極低的成本下規(guī)避保護(hù)誤動(dòng)、拒動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，保障生產(chǎn)用電的穩(wěn)定性。

三、符合G端監(jiān)管要求的標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)流程

對(duì)于電力監(jiān)管機(jī)構(gòu)、電網(wǎng)運(yùn)維管理部門等G端用戶來說，*關(guān)心的是變壓器保護(hù)的運(yùn)行符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，能夠有效降低電網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)。目前國(guó)內(nèi)的變壓器保護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)明確要求，保護(hù)裝置對(duì)變壓器勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流的識(shí)別準(zhǔn)確率需要滿足對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的要求，運(yùn)維單位需要定期開展校驗(yàn)并留存檢測(cè)報(bào)告【3】。

在監(jiān)管巡檢過程中，運(yùn)維單位可以出具通過繼電保護(hù)測(cè)試儀完成的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試報(bào)告，作為變壓器保護(hù)運(yùn)行合規(guī)的證明材料。同時(shí)，電力管理部門在開展區(qū)域電網(wǎng)安全隱患排查時(shí)，也可以配備便攜式的變壓器保護(hù)測(cè)試儀，現(xiàn)場(chǎng)抽檢不同變電站的變壓器保護(hù)裝置的識(shí)別能力，及時(shí)排查識(shí)別方法失效、定值不合理等隱患，降低區(qū)域大面積停電的風(fēng)險(xiǎn)。比如某省電力監(jiān)管部門在開展工業(yè)園區(qū)用電安全專項(xiàng)檢查時(shí)，用便攜式繼電保護(hù)測(cè)試儀抽檢了12家企業(yè)的主變保護(hù)裝置，發(fā)現(xiàn)有3家的保護(hù)裝置對(duì)特定特征的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別失效，誤判為內(nèi)部故障電流，要求企業(yè)限期整改，有效排查了潛在的停電風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于G端用戶來說，推廣標(biāo)準(zhǔn)化的變壓器保護(hù)測(cè)試流程，要求運(yùn)維單位用測(cè)試儀定期驗(yàn)證識(shí)別方法的有效性，能夠從制度層面提升區(qū)域電網(wǎng)的運(yùn)行安全性，減少用電安全事故的發(fā)生。

隨著新型電力系統(tǒng)的建設(shè)，大量新能源并網(wǎng)導(dǎo)致變壓器的運(yùn)行工況更加復(fù)雜，變壓器勵(lì)磁涌流的特征也出現(xiàn)了更多變化，對(duì)識(shí)別方法的適應(yīng)性提出了更高的要求。相關(guān)運(yùn)維單位可以定期用變壓器保護(hù)測(cè)試儀開展校驗(yàn)，結(jié)合*新的運(yùn)行數(shù)據(jù)優(yōu)化變壓器保護(hù)的定值，提升對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景下兩種電流的識(shí)別準(zhǔn)確率，既保障設(shè)備安全，也滿足合規(guī)性要求。

參考文獻(xiàn)

【1】 GB/T 14285-2006 繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程

【2】 電力變壓器勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)導(dǎo)則

【3】 智能變電站變壓器保護(hù)技術(shù)規(guī)范

【4】 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)測(cè)試技術(shù)手冊(cè)