变压器励磁涌流原理

变压器空投励磁涌流产生的原因

当变压器空载合闸时会产生励磁涌流，设系统电压

)sin(211a wt U u +=

由dt

d N u

e Φ

-==1

1得： （此处负号表示方向，下面分析可将负号省略）

dt

d N u

e Φ

==1

1 U1为有效值

进行积分运算 设1

1

2wN U m =

Φ φ=-φm cos(wt+α)+c

设铁芯无剩磁，即当t=0时，φ=0 所以c=φmcosα

所以：

)]cos([cos a wt a m +-Φ=Φ， 尤此可见可见磁通Φ总是落后电压U 90°相位角 1）2

,0π

=

=a t 时合闸：

wt m sin Φ=Φ，马上进入稳态运行，没有励磁涌流。

2）0,0==a t 时合闸：

'''cos ]cos 1[Φ-Φ=Φ-Φ=-Φ=Φwt wt m m m

'Φ为非周期分量，''Φ为-m ΦCOSwt 为周期分量

从t=0经过半个周期w

t π

=,Φ达最大值，m Φ=Φ2max 。可达稳态量2倍

此时励磁电流f i 可达额定励磁电流100倍，即：

Nf f i i 0100=

而额定励磁电流约等于额定电流的3%，即： N Nf i i %30=

所以：N f i i 3=。

而这是在变压器没有剩磁的理想情况下推出的结论，如果变压器有剩磁时合闸，励磁涌流会更大，可达10倍额定电流。

当空载合闸时励磁涌流只出现在高压侧，这样会产生很大的差动电流，引起差动保护误动。

励磁涌流原理图

U1

图6-3 变压器励磁涌流的产生机理

t

u ϕ

μ

I μ

I φ

(a) 稳态情况下磁通与电压的波形

(b) 在电压为零瞬间合闸时,磁通与电压的波形

(c) 变压器铁芯的磁化曲线

(d) 励磁涌流的波形

励磁涌流的影响

励磁涌流，是由于铁芯的磁饱和产生的，励磁涌流通常在接通电源1/4周期后开始产生，幅度最大值可能超过变压器额定电流的几倍甚至几十倍，持续时间较长，从数十个电源周期直至数十秒不等。励磁涌流的幅度与变压器的二次负荷无关，但持续时间与二次负荷有关，二次负荷越大则涌流持续的时间越短，二次负荷越小则涌流持续的时间越长，因此空载的变压器涌流持续的时间最长。变压器的容量越大，涌流的幅度越大，持续的时间越长。当在电压过零时刻投入变压器时，会产生最严重的磁饱和现象，因此励磁涌流最大。当在电压为峰值时刻投入变压器时，不会产生磁饱和现象，因此不会出现励磁涌流。

由于涌流的幅度很大，涌流与线路电感的共同作用会导致电网电压出现扰动，甚至会出现严重的过电压。使用同步投入技术，使电网设备在恰当的相位点接入电网，可以有效地降低涌流和过电压，最大限度地降低对电网的干扰。

励磁涌流识别方法二：波形识别

在RCS-978微机变压器保护中采用的方法是当+>S K S b 且t S S >时开放保护。式中S 是差动电流的全周

积分值，在每周采样24次的情况下∑∑=-=0

23

m m

S I T S 。+S 是相距半周的差动电流瞬时值之和的全周积分值，∑∑∑+=-=-+0

23

m 12m m S I I T S 。b K 为大于1的常数。当差动电流中没有励磁涌流而是短路电流且波形是对称的

话，相距半周的差动电流瞬时值之和是零，其全周积分值+S 也为零。而差动电流的全周积分值S 很大，满足

+>S K S b 条件可以开放保护。当差动电流中有励磁涌流时，波形是不对称的，相距半周的差动电流瞬时值之和

很大，其全周积分值+S 也很大。尽管差动电流的全周积分值S 也很大，但仍不能满足+>S K S b 的条件从而将保护闭锁。加t S S >的条件是为了在正常运行时不开放纵差保护。因为正常运行时差动电流很小近似为零。所以S 和+S 也都近似为零可能能满足+>S K S b 条件。所以另加t S S >条件。式中t S 是门槛值，d e t I I .S α+=10。其中e I .10为固定门槛，e I 是TA 二次额定电流。d I α为浮动门槛，d I 是差动电流的全周积分值。正常运行时S 很小不能满足本条件。