变压器励磁涌流产生原因及解决措施探索

变压器励磁涌流产生原因及解决措施探
索
摘要：变压器是铁路电力系统的中重要组成部分，在铁路发展的过程中，随
着电力需求不断增加，进而带动电力系统建设的增多。

在电力系统中，变压器作
为经常出现在其中的重要组件，却经常因为各种各样的问题，导致电力系统的实
际运行效果并不理想。

本文以变压器励磁涌流产生原因及解决措施探索为重点，
对变压器励磁涌流出现的原因进行了分析，并依据分析的结果提出了三种解决励
磁涌流的方法，这三种方法均可有效的对变压器的励磁涌流进行有效抑制，进而
提高了变压器整体的工作效率，降低了变压器损耗，有利于保障电力系统的正常
运行，满足铁路发展过程中的电力需求，推动国家的进一步发展。

关键词：产生原因；变压器；解决措施；励磁涌流
作为工区工长，我依照严防死守供电安全的要求，带领工区职工在2021年
砍伐危树5000余棵，超额完成段外部环境治理的目标要求，大幅度减少了外部
环境隐患。

优化枢纽站场供电方式，对北一、北四、北三、北五线路等设备的改
造方案进行编排、上报，在段及车间的支持下，按时完成了全部的更新改造工作。

工区设备运行质量得到了极大的提高，近半年以来，从未发生责任临修。

将枢纽
站场设备路径图以及固定行走路线图进行了合并，并组织工区所有职工学习，大
幅度降低了职工受到车辆伤害的风险，得到了段的肯定并在全车间推行。

2021年
的检修、接杆整治、灯塔拆除改建、设备改造等工作时间紧、任务重，我作为工
长合理安排作业时间，各项施工稳步开展的同时，兼顾到其他工作的顺利进行，
累计完成了接杆整治8根，灯塔除锈刷漆、更新改造、拆除共计18座。

随着设备的更新改造，用户用电设备数量与容量的增加，以及大型用电设备
的投入使用，使得铁路供电负荷逐渐提高，为了满足日益增长的供电负荷要求，
需要新建供电线路，以及对既有线路进行升级改造，在改造过程中变压器是铁路
供电设备中的关键点，其可以连接两个不同电压等级的回路并对电路中的电能进
行转换。

随着铁路系统的更新建设，电务段、通信段等单位非线性元器件的增多，电压、电流等监测设备的增加，使得保障铁路稳定安全运行的供电可靠性尤为重要，进而实现旅客和行车设备的安全运行目标。

但是供电系统中的变压器在实际
的运行中常常面临着各种各样的问题，这将导致其控制电压、保障电路安全及维
护电力系统稳定的作用难以发挥，不利于铁路电力设备的安全运行。

对过去一年工区中的故障跳闸进行统计，这期间共发生两起故障跳闸，其中
包含变压器故障一起，在故障中占比50%。

(a)(b)
图1 变压器故障录波
通过对图1中变压器故障录波的波形进行分析，可以确认本次变压器故障的
原因是由励磁涌流造成的，为了确保电力设备的稳定运行，需要对励磁涌流的产
生原因进行分析，并在此基础上采取对应的措施对其进行抑制，以减少变压器再
次出现此类故障的可能性，这对于工区设备的安全运行尤为重要，而且还可以降
低既有电力系统的故障率，有助于提高供电系统的可靠性，进而满足铁路发展的
电能需要。

一、变压器励磁涌流出现的原因
要想明确变压器励磁涌流出现的原因，就要借助磁链守恒定理的作用进行研究。

磁链守恒定律的含义为：用电设备回路中的全体磁链综合在换路的瞬间时刻
都是处于不变的[1]。

同时研究发现，变压器出现励磁涌流的问题时，变压器中的
磁链仍然是满足磁链守恒定理的，以此为切入点对变压器的投运过程进行分析，
变压器由空载运行转为带载运行时，在其接入负载的瞬间，变压器绕组上电压会
突然增加，突增的电压将促使变压器内部出现一个的新磁通，与此同时，为了抵
消这个突增电压导致的新磁通，变压器的绕组中将会产生一个与其大小相等但是
极性相反的磁通，称为偏磁。

变压器铁芯存在着一个饱和的上限，在铁芯不饱和时，变压器的励磁电流随磁通增长的很慢，励磁电流可以忽略不记，但当变压器
铁芯饱和之后，励磁电流的增长将会非常迅速，这将直接导致励磁电流远远超过
变压器的额定电流。

当变压器产生偏磁抵消磁通时常常会引起铁芯过饱和的问题，其直接表现就是励磁电流将显著增大[2]。

此外变压器并非理想原件，其内阻也会
在一定程度上影响励磁电流的变化，因此在接入负载的过程中，变压器的内阻也
会促使偏磁数值发生变化，这一变化也将反映在励磁电流上，并且其主要是以下
降的趋势为主，在这一过程中二者均逐渐减小，直至变压器内的磁通保持不变，
这也意味着新磁通已经建立，变压器的上电过程结束。

在这一过程中的磁通按照
种类进行划分，主要分为以下几方面[3]：①剩磁：这是变压器在断电之后存在于
磁路中的磁通的总称，其值的大小受到断电的过程中交流电压分闸相位角的影响；
②偏磁：这也是本文主要的研究内容，其由接入负载时绕组上产生的突增电压生成，随时间推移逐渐减小，并受合闸相位角影响；③稳定磁通：变压器稳定运行
时其内部存在的磁通。

通过对这部分内容的研究和分析可知，当变压器中某一磁
通过大时，将导致总磁通大于变压器铁芯能够承受的最大值，进而导致变压器的
磁路呈现饱和现象，在这个现象的影响下，将会出现励磁涌流，对变压器的正常
运行造成影响。

二、解决变压器励磁涌流出现的措施
（一）对合闸相位角进行控制
要想解决变压器励磁涌流的问题，就要对合闸相位角进行控制。

因为在变压
器绕组电压出现突然增加的时候，就有可能出现磁路饱和的现象。

而在整个过程中，产生的磁通，无论是剩磁还是偏磁等均与电压相位角有关系的。

同时集合变
压器的分闸动作存在的特点，也就是突然性等，进行控制措施，常见的方法有安
装保护装置动作跳闸[4]。

但是通过人工控制分闸相位角的这种操作方式，难以准
确实现，很难满足变压器的实际使用需求，因此从控制变压器合闸相位角的方向
来抑制变压器励磁涌流较为合适。

实验表明，当相位角在90°和270°时对变压
器上电，磁路中没有新的磁通产生，此时变压器中的磁通以稳定时的磁通为主，
偏磁与剩磁基本可以忽略，变压器的铁芯中也不会出现过饱和的现象，因而不会
产生励磁涌流。

所以对变压器的励磁涌流进行控制时候，可以在交流电压相位角
在90°和270°时上电。

此外还可以在变压器的低压侧设置一个预励磁设备，通
过这套设备对剩磁进行控制，并辅以合适的合闸相位角，进而实现对磁路的不饱
和控制，防止励磁涌流的出现。

通过这样的方式，可以实现保障变压器正常工作
的目的，推动电力系统的正常运行，满足铁路行车信号等设备的用电需求。

（二）在合闸回路串联中使用阻尼电阻
为了控制变压器励磁涌流，还可以通过在合闸回路中串联使用阻尼电阻的方
式来降低励磁涌流的峰值。

通过阻尼电阻分压，降低上电瞬间绕组上瞬间增加的
电压，达到降低偏磁的目的，使变压器的铁芯始终处于非饱和状态，进而降低励
磁电流。

此外，这种方法中加入的阻尼电阻还可以发挥对电力设备的保护作用。

尤其是在铁路电力系出现短路故障时，或者变压器在合闸的时候，出现的瞬间电
流过大现象，这时阻尼电阻将会起到抑制短路电流或者瞬间过电流的作用，将电
力系统的电流控制在一个合适的范围内，可以有效地保护行车等重要电力设施的
安全性。

但是这种方案需要一套额外的控制装置将上电完成后的阻尼电阻进行旁路，这样势必增加了系统成本，此外尽管对励磁电流进行了控制，但是变压器上
电时的电流仍然可观，为了抑制如此大的电流其阻尼电阻的体积也较大，这又增
加了系统的体积。

总的来说通过这样的方式，可以实现控制变压器出现励磁涌流
现象的目的，提高变压器的工作的稳定性和安全性，为国家铁路电力设备发展提
供助力，最终实现提高设备供电质量可靠性的目的。

（三）安装涌流抑制器
在变压器励磁涌流出现的过程中，还可以通过安装涌流抑制器的方式对其进
行解决。

涌流抑制器的原理是在变压器的铁芯中产生一个与能够抵消剩磁的偏磁，此时磁路中也只有变压器稳定运行时的磁通，铁芯不饱和，励磁电流很小，可以
有效的减少变压器的励磁涌流。

为了准确的生成这个偏磁还需要对变压器中剩磁
进行计算，在计算中还应考虑到接线方式及相位差对计算结果的影响，通常选用
变压器的某一侧为基准并保证其合闸角与分闸角一致，进而可以保障二者可以相
互抵消，最终实现控制励磁涌流的目的。

实验结果表示，涌流抑制器的安装后，当接收到变压器投载运行命令时，涌流抑制器根据断路器合闸所需时间、上一次分闸时记录的分闸相位角以及当前电压的相位角选择合适的时间执行合闸动作，测量变压器的合闸电流，其值与不安装涌流抑制器相比有了显著降低，此外这种方式还有区间选择的特点，得益于涌流抑制器的使用，断路器不需要再承受过高的励磁涌流，因而可以适当降低其规格要求，提升经济效益。

但是在使用的过程中，随着断路器使用及老化，其各部件的一致性也将出现一定程度的下降，导致其动作时间出现偏差，这将对涌流抑制产生较大的影响甚至导致涌流抑制失效，为了保证良好的涌流抑制效果，涌流抑制器每运行一段时间或者固定次数便需要重新设定其相关参数，这对后续的维护保养提出了一定程度的要求。

根据铁路的供电特性，快速处理故障，节约成本，满足行车设备的不间断供电，此次我们采用更改保护装置参数，对合闸相位角进行控制的方法，调整合适的合闸相位角，最终实现保障变压器正常工作的目的，保证设备的安全运行。

三、结束语
通过本文的分析可知，解决变压器励磁涌流可以更好地保障变压器的正常工作，进而维护铁路电力系统的正常工作，以此满足铁路发展的需求。

因此，在新时期铁路以及高铁的快速发展过程中，就要对变压器励磁涌流产生原因及解决措施进行探索，出现励磁涌流的原因，以此为依据，实行相应的解决措施。

通过这样的方式，保障变压器的正常工作，维持电力系统的稳定发展，提高其工作的效率，满足铁路设备的用电需求，提高行车设备用电的安全性和可靠性，保障旅客的安全出行。

参考文献：
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