大型变压器铁心剩磁的危害及消除方法

大型变压器铁心剩磁的危害及消除方法

发表时间：2018-09-03T12:50:17.177Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第11期作者：麻文禄[导读] 随着单体变压器容量的逐步增大，其电感将逐步增大而电阻相对减小。

特变电工股份有限公司新疆变压器厂新疆昌吉 831100

摘要：大型电力变压器在正常运行和测试时，铁芯永久性会发生剩磁。当变压器容量大时，剩磁的危险也将会发生相应增加。剩磁可能会导致继电保护装置发生故障并发生变化压力变送器无法操作；当变压器附近的短路被移除时，产生的电压突然升高，引起变压器保护误动作，使变压器出现故障所有的侧面负载都被遮住了；剩磁也可能导致后续的测试结果输电后异常也会影响电能质量。所以当变压器在运行过程中由于剩余磁力引起异常或故障时应注意。

关键词：变压器；铁心剩磁；危害；消除方法

引言

随着单体变压器容量的逐步增大，其电感将逐步增大而电阻相对减小。因此，回路的时间常数将增大，导致测试绕组直流电阻时测试电流稳定时间延长。为有效缩短测试时间，直阻测试装置的测试电流也越来越大。大的测试电流使铁心磁通密度加大，从而使铁心磁密饱和，例如某SFP-800MVA/500kV发电机变压器，高压侧额定电流880A，空载电流仅为0.1%即0.88A，对该变压器采用5A电流挡位测试直流电阻，铁心中的磁密已经饱和。由于铁磁材料固有的磁滞现象，便在变压器铁心中残留剩磁。当变压器空载合闸时，铁心中的剩磁使变压器产生较大的励磁涌流，对变压器造成严重冲击，同时产生大量谐波，增加了变压器的无功消耗。

1变压器铁心剩磁的主要危害及典型案例

1.1变压器铁心剩磁的主要危害

变压器铁心剩磁主要有以下危害。（1）诱发变压器的差动保护装置误动作，使变压器的投运失败。（2）诱发变压器的轻、重瓦斯保护误动作，使变压器投运失败。（3）诱发操作过电压，损坏电气设备。（4）励磁涌流中的直流分量导致电流互感器磁路过度磁化，从而大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率。（5）励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染。

1.2变压器铁心剩磁引发的故障案例

某DFP-210MVA/500kV发电机变压器，随机组检修对变压器进行了预防性试验，使用20A直流电流测试高压绕组直流电阻，修后采用高压绕组空载合闸方式对变压器进行充电，4次空载合闸均失败，每次持续不到5个周波便跳闸。2005年2月28日23时，合500kV开关对该变压器充电后，开关三相跳闸，“主变B相重瓦斯动作”信号发出。主变外观检查无异常。检查三相气体继电器内无气体，观察窗内油色正常，接线盒密封良好无受潮痕迹，二次回路绝缘电阻测试合格；主变本体储油柜呼吸器管路畅通，三相油色谱检查均未见异常。2005年3月1日2时，再次对该变压器进行充电。合500kV开关后，开关三相跳闸，“主变C相重瓦斯动作”信号发出。主变气体继电器油色谱分析未见异常，带500kV开关模拟充电传动主变瓦斯回路正常。主变C相励磁电流达到4270A左右，持续了约55ms，重瓦斯保护动作跳闸。比较了两次充电后变压器油色谱分析，各项指标未发生变化，初步怀疑引起变压器跳闸的原因为：主变压器直流电阻试验时，选择充电电流值较大，试验后环境温度较低，不利于变压器剩磁的自衰减，导致主变压器剩磁较强，空载充电时因剩磁的存在导致励磁涌流过大，产生了较大的电动力，引起变压器绕组、器身振动形成油流涌动，致使变压器油液面波动大，导致重瓦斯保护动作。2005年3月2日1时，进行了第三次充电。主变A相重瓦斯动作，励磁电流峰值为A相4250A、B相262A、C相125A；持续了约65ms，重瓦斯保护动作跳闸。2005年3月2日17时，进行了主变的第四次充电工作。主变A相重瓦斯保护再次动作跳闸，励磁电流最大值约为A相3187A、B相3125A、C相2990A，波形持续了近90ms，重瓦斯保护动作跳闸。经综合分析，确定了导致数次合闸不成功的原因为：变压器存在较大的剩磁。启动发电机，零起升压至额定再缓慢降至零，重复进行了2次，再次空载合闸，一次成功。

2对典型案例的分析

变压器空载合闸时，励磁涌流与铁心剩磁和合闸角度有关，测量高压绕组直流电阻使用的直流电流，超过额定电压下的空载电流幅值越多，铁心饱和越严重，剩磁就越大。合闸相角度越接近电源电压过零点，励磁涌流数值越大。测量三相高压绕组直流电阻时，使用的直流电流相同，铁心中的剩磁应该处于同一水平。历次励磁电流测试数据呈逐渐降低趋势，说明励磁电流有消除剩磁的作用。但当涌流的峰值超过直流电流的最大值，才可能彻底消除剩磁。变压器空载合闸时，其他绕组空载，电网输入到高压绕组的电能小部分转化为热能，大部分转化为机械能。引起高压绕组连同器身及油箱剧烈振动，发出异常噪声，激发油流涌动，油浪冲击气体继电器的挡板，导致重瓦斯保护动作。

3变压器铁心剩磁的消除方法及效果检验

（1）交流消磁法。大型发电机变压器现场彻底消磁通常使用交流消磁方法，相当于发电机变压器组空载试验。逐渐升高电压至50%额定电压，并停留约5min，将电压缓慢降至零，再重新缓慢升高至100%额定电压。如此重复2次，剩磁可彻底消除。该方法用时长，成本高，很少采用。（2）直流消磁法。使用专门的设备从变压器低压侧通入正、反向直流电流，并正反交替按比例减小，以缩小铁心的磁滞回环，达到消除剩磁的目的。该方法用时少，操作简便、成本低，非常适合现场应用。（3）消磁效果检验。经过大量试验发现，当变压器有剩磁时，变压器绕组施加交流220V电源，测得的电流比变压器无剩磁时大，并且剩磁越多电流越大。在对变压器消磁后，再次给变压器绕组施加交流220V电源，测得的电流会明显减小，从而总结出给变压器绕组施加交流220V测量电流与变压器剩磁的规律。

4直流消磁法应用典型案例

（1）案例一。变压器型号为SFP-1170MVA/500kV。使用25A直流助磁、交流消磁、直流消磁试验数据见表1。（2）案例二。变压器型号为DFP-360MVA/500kV。使用25A直流助磁、交流消磁、直流消磁试验数据见表2。（3）案例三。变压器型号为SFP-1180MVA/500kV。额定电压为（525±2×2.5%）/27kV。消磁前、消磁后试验数据见表3。