变压器励磁涌流抑制技术研究

变压器励磁涌流抑制技术研究

发表时间：2018-10-17T14:36:31.510Z 来源：《电力设备》2018年第19期作者：李鹏飞薛彬张家瑛

[导读] 摘要：空载运行时，变压器的工作电流基本上用以励磁，其数值往往不大，与额定电流相比，仅仅为0.35%一10%，但空载合闸时，会伴随很大的电流，经一段时间后才会达至稳态，与额定电流相比，其最大值可达至6-8倍，称之为励磁涌流。

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摘要：空载运行时，变压器的工作电流基本上用以励磁，其数值往往不大，与额定电流相比，仅仅为0.35%一10%，但空载合闸时，会伴随很大的电流，经一段时间后才会达至稳态，与额定电流相比，其最大值可达至6-8倍，称之为励磁涌流。励磁涌流严重影响着电气设备、电网等，造成的破坏不容忽视，抑制励磁涌流成为当下研究的主流。

关键词：变压器；励磁涌流；抑制技术

1励磁涌流的分析

1.1励磁涌流的特点

励磁涌流特点鲜明，与短路电流有很大的区别，总结其特点可更好地认识励磁涌流。运用MATLAB这一仿真工具，与磁通表达式相互配合，模拟单相变压器空载合间时励磁涌流的相关情况，通过观察并分析其电流波形，总结励磁涌流的特点。励磁涌流的特点：（1）与额定电流相比，其幅值可达至6-8倍，数值与短路电流差不多。（2）波形呈现尖顶状，谐波和非周期分量含量很高，较其它谐波，二次谐波大且偏离时间轴。（3）波形有间断角，其大小与电压初相角、剩磁、饱和磁通均有关联。在实际应用中，电流互感器的饱和可能使间断角由有到无，影响励磁涌流的判别，监测励磁涌流应选择一定裕度的监测工具。（4）波形呈指数衰减，衰减常数与变压器的类型有关。小型衰减较快，而大型较慢。理论上来说，励磁涌流的衰减时间常数与暂态磁通的衰减时间常数相同。

1.2励磁涌流的危害

（1）数值很大，一般会超出继保装置的整定值，造成装置误动，使得变压器无法正常投入运行。

（2）从相同的母线引出的几个电站，当某一电站发生这一状况时，因为存在“和应涌流”，容易引起鄉近电站运行的变压器发生误跳间，造成整个片区停电。

（3）电动力与励磁涌流的数值有关，过高的电动力容易引起绕组及断路器受损。

（4）合闽时存在操作过电压，危害设备。

（5）造成互感器产生饱和现象，使检测精度进一步下降，提升了保护装置的误动率。

（6）大量谐波和非周期分量严重污染电网。

总体而言，励磁涌流的存在影响电气设备的正常工作，影响电力系统的安全，严重时会损坏电气设备，造成电力系统的崩溃，带来安全隐患和经济损失。

2励磁涌流的抑制技术

2.1内部采取抑制措施

内部措施从变压器结构入手，需要重新配置变压器，甚至重新设计变压器。大量更换变压器比较繁复、极不经济，励磁涌流抑制技术在外部采取进行是很好的选择。

2.2外部采取抑制措施

外部措施从变压器线路入手，有内插电阻法、合闸回路串电阻法、低压侧并联电容器法、软后动法、预充磁绕狙法和选相合间技术等。

2.2.1内插电阻法

内插电阻法主要用于带中性点的三相变压器，将电阻串接在中性点处。因励磁涌流一般无法达到平衡，此电阻起到衰减的作用。接地电阻接于中性点，在合间结束后可用旁路断路器予以切除。此电阻除了承受不平衡电流，还减小电压，防止铁也发生饱和。用此方案时，断路器可选用规格较低的或者不用。三相同时合间时，励磁涌流基本平衡，内插电阻法所起的作用很小，但当先合一相，而后合另外两相时，励磁涌流均会发生很大程度的衰减，抑制效果明显。

2.2.2合闸回路串电阻法

合闸回路串电阻法主要改变合闽回路的电阻，在变压器空载合间时投入电阻，抑制磁通的幅值，增加衰减速度。合闸回路串电阻法可以减小磁通幅值、低压侧并联电容器法可以去磁，将两种方法配合使用具有很好地效果。改进的合闸回路串电阻法就是在串联电阻的基础上串联电容，从而减弱磁通幅值、减小励磁电感。

2.2.3软启动法

软启动法通过软启动器调整一次侧电压，尽可能减小合闸时的电压，依据设定曲线逐渐将电压提升至额定电压。软启动器的实现可依据可控硅相角触发技术，预先设定的曲线针对具体的变压器，具有单一性。

2.2.4预充磁绕组法

预充磁绕组法是在给变压器增加充磁绕组，用以改变变压器的磁通，让变压器合闸时的工作点处于膝点以下。具体实施时利用充磁绕组改变剩磁，以减弱合成磁通。预充磁绕组法额外增加充磁绕组，其实现比较麻烦，剩磁也难以控制精确，造成磁通的弱化具有一定的随机性。预充磁绕组法要与其他方法相互结合才能够真正有效地减小励磁涌流。

2.2.5选相合闸技术

选相合闸技术按照磁通变化情况及合闸时剩磁大小，合理控制电压投入时的初相角，在直流偏磁和剩磁极性不一致时准确投运。针对单相变压器，一般选择偏磁为零的电压角进行合闸，即峰值点90o或270o。针对三相变压器，具体有三种合闸策略：一是快速合闸策略，二是延时合闸策略，三是同步合闸策略。快速合闸是指一相先合闸，其余两相在其磁通与剩磁抵消时合闸，三相在一个周期内完成合闸。延时合闸策略是指一相选择直流偏磁与剩磁相互抵消时先合闸，经过铁心磁通的平衡效应，大约2-3个周期后，剩余两相同时合闸，合闸时刻为首合闸相的电压过零点。目前延迟合闸策略与中性点串电阻法、合闸回路串电阻法配合使用，抑制效果有了进一步提升。快速合闸策略和延迟合闸策略均对剩磁要求苛刻，快速合闸策略要预先检测所有剩磁且要求剩余两相合闸时剩磁相互抵消，延迟合闸策略要预先检测首

合相剩磁。同步合闸策略是指三相同时合闸，合闸时刻选择与分闸相角相同的时刻。由磁通的最终表达式，可知，变压器稳定运行后，剩磁为，当合闸相角与分闸相角一致时，直流偏磁与剩磁相互抵消，暂态磁通为零。应用同步合闸策略时，断路器的离散性和检测信号的延时会影响抑制效果，假设断路器的动作时间漂移1毫秒，合闸相角会有18o的偏差，无法完全消除暂态磁通。在偏离分闸相角较近的时间点，偏磁与剩磁具有相反的极性，能够削弱暂态磁通，也可以起到抑制效果。同步合闸策略符合我国的三相联动断路器，是选相合闸技术中应用最普遍的策略。

3结束语

变压器是电力送变不可或缺的环节，通过转换，以适应各式各样的需求。励磁涌流在变压器空载合闸时是正常现象，但是因其危害性太大，需要采取抑制措施。抑制措施很多，其中选相合闸技术效果显著，是重点研究的对象。本文旨在设计一种励磁涌流抑制系统，能够抑制空载合闸的励磁涌流，防止继保装置发生误动，以加强变压器的运行稳定性和工作安全性。

参考文献

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