特高压换流变压器对称性涌流易发性原因分析

 特高压换流变压器在空载合闸时，相较于普通换流变压器，更易产生对称性涌流。这种涌流特性显著增加了大差动保护误动作的风险，因此对特高压换流变配套差动保护的可靠性与速动性提出了更高要求。本文深入分析其易发原因。

 一、特高压换流系统的特殊性加剧涌流复杂性

 多变压器并联与强电气耦合: 特高压换流站通常配置多台变压器并联运行。其接地系统存在显著的强电气耦合，导致系统电磁暂态过程复杂化，涌流在变压器间的传递规律也更加难以预测。

 多样化不平衡运行方式：特高压直流输电工程不仅存在类似普通超高压的单极不平衡运行，更包含数十种复杂的运行模式（如1/2单极、3/4双极、一极降压一极全压等）。运行方式的多样性和复杂性大大提高了换流变发生严重直流偏磁的几率。

 二、特高压换流变对称性涌流产生的核心原因

 基于上述系统特殊性，特高压换流变产生对称性涌流的具体原因可归纳为以下几点：

 磁通初值差：多台并联变压器合闸时刻若存在时间差，会导致各变压器铁芯中建立的磁通初始值不同。后合闸变压器产生的涌流会对已运行的变压器产生电磁干扰，诱发其产生附加涌流。

 和应涌流：当一组换流变空投时，其产生的励磁涌流会通过并联的母线或系统耦合，在相邻已运行的另一组变压器中感应出方向相反的涌流，即和应涌流现象。这在多台变压器并联的特高压系统中尤为显著。

 励磁涌流特性差异：

 幅值高衰减慢：相较于普通电力变压器，特高压换流变的励磁涌流初始幅值更高，且衰减速度更慢，涌流持续时间更长。

 二次谐波特征变化: 其二次谐波含量绝对值可能较高，但占基波的比例相对较小，这削弱了传统利用二次谐波闭锁差动保护的可靠性。

 直流偏磁导致铁芯深度饱和：多种不平衡运行方式产生的直流分量会流入变压器中性点，导致铁芯产生直流偏磁。这使得铁芯工作点严重偏移，极易进入深度饱和区。处于深度饱和区的铁芯励磁电感急剧减小，即使在没有剩磁或合闸角理想的条件下，也可能仅因交流激励就产生幅值大、波形对称的励磁涌流。

 系统设计与接线方式影响:特高压直流系统普遍采用12脉动换流单元，其特定的换流变压器接线方式（如Y/Y和Y/Δ的组合）以及阀组的投切逻辑，可能对涌流的产生、叠加和传递特性产生影响，增加形成对称性涌流的条件。

 三、对称性涌流引起差动保护误动

 由于对称性涌流波形特征（对称性、衰减慢、二次谐波占比低）与内部故障电流的波形特征相似度更高，传统的基于波形特征（如二次谐波制动原理）的差动保护装置更难以区分，导致误判为内部故障而误动作的风险显著增加。保护系统的误动作本身也可能触发系统扰动，诱发新的暂态过程和不必要的涌流。

 特高压换流变压器对称涌流的产生，源于多变压器强耦合、多运行工况、涌流幅值高衰减慢、谐波特征多变以及铁芯深度饱和导致的强直流偏磁等多重复杂因素。为最大限度降低保护误动风险，确保特高压直流系统安全稳定运行，必须优化保护策略，并重点实施抑制直流偏磁、优化变压器合闸策略及改进系统设计等措施，以有效减少对称涌流的出现概率和幅值。