学术︱基于FSAD及非周期分量的励磁涌流鉴别算法
江苏省电力公司电力科学研究院、东南大学电气工程学院的研究人员王业、袁宇波等，在2015年第21期《电工技术学报》上撰文指出，随着大型变压器容量的不断增大、变压器饱和磁通的逐渐降低以及直阻实验时所产生的剩磁不能完全消除，使得变压器有可能产生超饱和现象。
在该状态下，变压器有可能产生趋于正弦波型的励磁涌流，二次谐波含量很低，间断角很小，使得基于二次谐波制动理论与基于间断角闭锁理论的差动保护无法正常工作。在推导出励磁涌流数学表达式及对超饱和现象产生机理详细分析的基础上，提出一种基于FSAD及非周期分量的励磁涌流鉴别算法。
相比先前的涌流鉴别方法，该方法能迅速的鉴别出超饱和态涌流。且能够在变压器内部故障时使得保护具有较快的动作速度。动模实验验证了该方案的有效性及优越性，在变压器发生超饱和，二次谐波含量小于8%的情况下，算法依然可以可靠闭锁差动保护。
变压器差动保护在系统正常运行和区外故障时，理想情况下流入差动继电器的电流为零，保护装置不动作。但实际上当变压器空载合闸产生励磁涌流时，励磁涌流的大小将达到变压器额定电流的几倍甚至十几倍；另一方面，励磁涌流只流过变压器的电源侧，而负荷侧因开路并没有电流，励磁涌流将完全流入纵差保护的差动回路，使差动继电器中产生了一个非常大的不平衡电流[1]。
同时，随着变压器容量的不断增大及变压器饱和磁通的逐渐降低(考虑成本因素)，事实证明，如今涌流波形已并非全部严重畸变。变压器在超饱和状态下有可能产生趋于正弦波型的励磁涌流，二次谐波含量很低，间断角很小，使得基于二次谐波制动理论与基于间断角闭锁理论的差动保护无法正常工作。
而在现今的变压器差动保护研究领域，变压器超饱和现象并未被学者们重点关注，大部分学者的研究重点还放在变压器常规饱和引起的涌流方面。根据涌流区别于内部故障电流的特征，学者们提出了许多识别常规涌流的方法[1-6]，主要有：二次谐波制动原理、间断角原理、波形对称原理、波形时域分布特征原理、广义基波功率原理，以及磁制动原理等。
但由于对超饱和现象的关注还不够深入，这些方法在鉴别变压器超饱和态涌流的效果上并不理想，保护时有误动发生。因此，研究用于鉴别超饱和情况下励磁涌流的方法对提高变压器保护的性能具有重要的意义。
本文首先对励磁涌流的产生机理进行分析，然后结合其产生机理给出变压器发生超饱和现象及其易使现有差动保护误动的原因，最后给出一种利用基波相位的2倍与二次谐波相位之差(Fundamentalharmonic and Second harmonic Angle Difference，简称FSAD)及非周期分量来鉴别超饱和态涌流的有效方法，相比先前的涌流鉴别方法，该方法能迅速的鉴别出超饱和态涌流。且能够在变压器内部故障时使得保护具有较快的动作速度。
(a) 运行中变压器内部接地故障时三相差流
(b) 运行中变压器内部接地故障时三相二次谐波含量
(c)三相差流FSAD
(d)经本文算法调整过的二次谐波含量
图9 运行中变压器内部接地故障三相差流、FSAD及二次谐波含量
结论
为了鉴别出变压器在超饱和状态下的励磁涌流及使得在变压器带轻微故障合闸时不闭锁差动保护，本文提出基于FSAD及非周期分量的励磁涌流鉴别算法。首先通过FSAD对励磁电流进行分类，再根据分类结果通过非周期分量与基波的比值对励磁电流中包含的二次谐波含量进行调节，并与二次谐波定值进行比较，进而鉴别励磁涌流与故障电流。
该方法主要创新点包括：
1）该方法可以鉴别出二次谐波含量很低的超饱和态涌流，防止保护误动。
2）该方法可以在空载合闸于变压器小匝比故障时不闭锁差动保护，具有较高的灵敏性，而常规二次谐波制动原理在此种情况下将会闭锁差动保护后，且需要等到合闸后460ms左右才开放差动保护。
3）该方法加入FSAD参数，弥补只用非周期分量作为涌流判据的不足之处。如果只用非周期分量作为涌流判据，较难鉴别出空载合闸于小匝比故障。且加入FSAD参数，可以提高保护的可靠性。
4）该方法最终通过调整过的二次谐波含量与谐波定值比较，判断保护是否动作，可以在故障时提高保护的速动性。
5）该方法采用分相闭锁，闭锁可靠性较高。
动模实验验证了该方法的有效性及优越性，在变压器发生超饱和，二次谐波含量低于8%时，算法依然可靠闭锁差动保护；同时在变压器星形侧带1.7%匝间短路故障空载合闸时，算法没有闭锁差动保护；且在变压器发生内部单相接地故障时，保护于故障发生后20ms时可靠动作，速动性较强。
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