12.变压器空载合闸的瞬态过程

§6.1 瞬态过程概述

变压器的瞬态过程：

变压器的运行情况遭到较大的扰动时，如合闸、负载突然变化、副边突然短路、遭受雷击等，变压器从一种稳定运行状态过渡到另一种稳定运行状态的过程。

研究变压器瞬态过程的必要性：

瞬态过程中电场和磁场的能量发生较大的变化，可能出现过电压和过电流现象，使变压器遭到破坏，对这些问题应进行分析研究，找出它的变化规律，对变压器的设计、制造、保护和运行都是十分必要的。

§6.2 变压器空载合闸时的瞬态过程

设电网电压随时间按正弦规律变化，合

闸时变压器原边回路的电动势方程式：11011

sin()t

d u t i r N dt

ωαΦ=+=+

i 铁心饱和导致上述微分方程的非线性，作线性化处理，以运行点的饱和程度作为

整个瞬态过程的饱和程度。

10t

av

N i L Φ=

式中：L av 是对应于运行点原绕组的平均电感。

方程改写为：1

111sin()

t t av

d r N N t dt L ωαΦ+Φ=+解由两部分组成：

Φ''Φ

'1

1

sin()sin()av

av

r r t t L L t m t Ce

t Ce

ωαθωαθ−

−

'''Φ=Φ+Φ=

+−+=Φ+−+为磁通稳态分量的幅值：m

Φ11

11

2 4.44m U N f fN πΦ=

≈=

⋅为磁通与电源电压的相位差：θ111

90()

av av L tg r L r ωθω−=≈<

：自由分量

：稳态分量

式中：∵Φ(t =0)=0：铁芯中没有剩余磁通

)90sin(=+−Φ=ΦC m t αα

αcos )90sin(m m C Φ=−Φ−= t L r m m t av

e

t 1

cos )cos(−Φ++Φ−=Φαα

ω常系数微分方程

1）α=900时合闸：

cos(90)sin t m m t t

ωωΦ=−Φ+=Φ

Φ

u 2）α=00时合闸：

t L r m m t av

e

t 1

cos −

Φ+Φ−=Φω自由分量衰减速度取决于时间常数。

Φ

1

av

L

r 激磁涌流：变压器在最不利的空载合闸情况下磁通可能超过2Φm ，铁心过饱和（B 点），激磁电流超过稳态激磁电流i 0值的80～100倍，可达额定电流

的4～6

i ΦΦΦ0

小结：

1）空载合闸电流对变压器本身没有多大的危害，但当它衰减较慢时，可能引起变压器本身过电流保护装置动作跳闸，以致变压器不能顺利投入电网，为了避免这种现象，需要设法使合闸电流加速衰减。

可在变压器原边串联一个附加电阻，可以减少冲击量，并使冲击迅速衰减。合闸完毕后，再将该电阻切除。

2）在三相变压器中，由于三相电压彼此相差120度，因此合闸时总有一相电压初相角接近于零，故总有一相的合闸电流较大。

近年来励磁涌流引发的电网故障：

1）2011年11月16日，西北电网某变电站励磁涌流，引发800Km外的青藏直

流的换流站谐波保护动作，直流闭锁；

2）2012年5月，山东电网某变电站启动升压变压器时，导致某发电厂励磁系统紊乱，发电机跳闸；

3）2013年8月7日，拉萨换流变压器充电产生励磁涌流注入电网，导致SVC跳闸。