浅析变压器励磁涌流产生的原因

浅析变压器励磁涌流产生的原因

摘要：变压器在整个电网中处于核心的地位，但是价格高昂的大型变压器在日

常工作中有可能发生各项故障，一旦发生故障大型变压器缺乏替代措施就给带来

严重的损失。当前，只能用具有极高的灵敏性和选择性的纵联差动保护的方法来

预防和保护变压器发生故障，然而，仍旧遇到很多的困难。

关键词：变压器励磁涌流电力系统

在电力系统中变压器在整个电网中处于核心的地位，有着不可或缺的重要地位。但是价格高昂的大型变压器在日常工作中有可能发生各项故障，一旦发生故

障大型变压器缺乏替代措施就给带来严重的损失。当前，只能用具有极高的灵敏

性和选择性的纵联差动保护的方法来预防和保护变压器发生故障，然而，仍旧遇

到很多的困难。励磁涌流是一种暂态过程，指外部故障切除或者变压器空载投入

时电压得以恢复。出现高达6-8倍的励磁电流，它也是一种能够使变压器电源测

电流互感器传到二次侧的暂态不平衡电流。而类似这种可流入差动回路的情况往

往会导致差动保护动作的发生。介于此，分析研究励磁涌流是如何发生及发生时

对变压器差动保护的影响和解决方案是非常有必要的。

一、变压器励磁涌流的产生及特点

变压器励磁“涌流”现象是由于电源接通后变压器电压变动产生的一种现象。

具体可分为励磁起始涌流、电压恢复涌流、共振涌流这三种现象，它们的产生均

是由不同电压变动就会造成程度不同的变压器励磁涌流现象。

1.1励磁起始涌流

上面介绍的励磁起始涌流是指电力系统在变压器开始运行是进入的瞬态性的

励磁电流。而即使电力系统被切除，变压器运行也停止。励磁电流也同时为零时，其铁心中的磁通也并不是瞬间归零的，而是有一段剩磁值，如果变压器再次通电

时其磁值恰在磁通波形的最低谷，而剩磁ΦR为正值，那么这时变压器产生的磁

通波形便不会从负最大值（-Φmax）开始，而是由剩磁ΦR开始。在这种情况下，变压器才会产生瞬态励磁涌流，而且有很大的瞬态冲击现象。

1.2电压恢复涌流

在清除变压器的外部故障时，变压器排除故障接通电流，电压恢复正常值的

过程中产生的励磁涌流称为电压恢复涌流。通常情况下的电压恢复涌流不如励磁

起始涌流严重，这是因为变压器外部发生故障时所产生的电压均要小于变压器本

身所设定的额定电压造成的。

1.3共振励磁涌流

变压器已经接通电源正常供电。此时假设并联变压器，在我们假设其出现故障，用关闭断路器断电的瞬间就可以看到变压器上有励磁起始涌流产生，而且总

电流的波形一直处于正值部分。这样因为通过变压器电压的降落而引起的励磁涌

流的变化，就会引起该地区电压的变化波动。这样的变化同样也会引起另一变压

器发生电压恢复涌流现象，而其电流波形总是处于负值部分。由此可以看出，变

压器产生的励磁起始涌流与该地区电压变动的趋势是正好相反的，但是变压器B

的电压恢复涌流趋势却与该地区的电压趋势相同。此时，变压器A、B产生的两

个励磁电流的总和统称为共振励磁涌流。

综上所述，变压器容量、系统容量、电源至变压器间系统的时间常数（L/R）

值等是影响三种变压器励磁涌流瞬时尖峰值及持续时间的因素。在一般情况下，

励磁涌流瞬时尖峰时刻引起的变压器额定电流值高达8~30倍，如果不采取必要

的保护及抗干扰措施，在励磁涌流瞬时尖峰时刻引起的变压器额定电流值高达

8~30倍时，一定会因袭变压器的误动，造成停电。以下我们将重点研究解决变压器保护励磁涌流这一问题。

二、励磁涌流对变压器差动保护的影响分析

首先，变压器空载合闸和外部故障被切除后恢复供电时所产生的励磁涌流是

造成变压器误动的主要原因，其产生的影响也最为严重。造成这种现象的原因有

两个：第一是励磁电流瞬间高出变压器额定电流的几倍或者几十倍，第二是励磁

电流流过变压器的电源测时，因为开路而造成负荷侧没有电流。在这种情况下，

如果差动保护无法避免这一流入差动回路的强励磁涌流就会误动。其次，二次或

更高次谐波电流通过使涌流原件错误判断为励磁涌流，致使差动保护拒动或延迟

动作也会造成变压器的严重损坏。这是由于超高压远距离输电线路或超高压电缆

对地电容、大容量的无功补偿电容，而使变压器内部瞬间短路，且短路电流发生

变化造成的。再次，造成差动保护延缓的原因还有内部已有故障的变压器空载投

入这种情况。

三、解决方法

一是二次谐波制动法。像南京南瑞继电保护电气有限公司生产的RCS-9671C 型、RCS-978型、CSC-326型变压器差动保护这样，要想取得能够及时有效闭锁差

动保护、防止保护误动的成果，准确判断出励磁涌流的存在与否，只能通过差动

电流中的二次谐波与基波模值比（二次谐波制动比）及检测三相差动电流中二次

谐波含量的大小这种方法，一般说来，取0.15-0.2是次谐波的制动系数。

二是间断角原理制动法。像南京南瑞继电保护电气有限公司生产的RCS-

9673C型变压器差动保护，就是利用励磁涌流波形有较大间断角的特征，通过检

测差流间断角的大小实现鉴别涌流的目的。其实，不论是非对称性涌流（向时间

轴一侧），还是对称性涌流对于便器的励磁涌流来说都存在这明显的间断性特征。60-65度是通常情况下的间断角度。

三是波形对称原理制动法。像南京南瑞继电保护电气有限公司生产的RCS-9673C型、RCS-978型变压器差动保护。就是根据差电流的前半波与后半波的对

称比较结果来判断励磁涌流的发生与否。

四、结论

在实际操作过程中，励磁涌流至始至终都是存在的，因此应用差动保护变压

器的方法也是具有极大的局限性，为了更好的解决这一问题，许多厂家在此基础

上又运用了二次谐波、五次谐波制动等方法，实际上，这些方法的原理都是相通的。此外，尖顶波特征法、磁通特性识别法、励磁阻抗变化法等也是遇到此类问

题时常见的判别方法，总之，为解决励磁涌流对差动保护造成的影响，需要多种

方法综合运用才能完成。

参考文献：

1.杨赵武,柳小东.变压器交流耐压试验异常分析及处理[J].黑龙江科学,2017

2.刘世超,王来堂.浅谈变压器交流耐压试验异常分析及处理[J].科技创新与应用,2014