摘要：变压器励磁涌流是一个相当复杂的问题，有必要分别对各种形式涌流的暂态过程和波形特征加以分析，并采取不同措施来应对其对系统的影响。本文中笔者只是对变压器励磁涌流进行了一点初步的研究，分别从励磁涌流的产生、危害以及抑制方法方面进行了简要陈述和分析，有关变压器励磁涌流的深入分析还有待于进一步地研究。
关键词：变压器；励磁涌流；抑制方法
引言
当主变空载投入电网或外部故障切除后电压恢复时，断路器分合操作的瞬间，系统电压的相角通常都是随机的且不确定的，由于变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料的非线性特征，会产生很大的励磁涌流。由励磁涌流引起的电压突降、操作过电压以及保护误动等故障，对发电厂或电网电气主设备如发电机、变压器和高压开关的危害都是非常大的。多年来继电保护设备或电力控制设备通过区分励磁涌流与故障电流的特征差异来识别励磁涌流，但励磁涌流的形式变化多样，识别的准确率不高，甚至以延长保护动作时间、降低保护灵敏度及牺牲可靠性为代价。微机型励磁涌流抑制器在识别的基础上，采取抑制措施，主要用于抑制电力变压器及电力电容器空投时的涌流。
1励磁涌流的产生及特点
1.1励磁涌流的产生
变压器投入后，绕组在磁路中的变压器会出现偏磁现象，这种现象属于单极性的。对该磁通的极性和投入前变压器的剩磁极性进行相比较，相同时，会出现稳态磁与剩磁以及偏磁叠加而造成磁路饱和的现象，使励磁电抗绕组在地变压器上时，会有很大的励磁涌流产生。
1.2励磁涌流的特点
高次谐波分量会大量地存在于励磁涌流中，其中主要的电流是二次谐波分量，尖顶波是变化的曲线。在三相变压器中存在着不同大小的二次谐波，但是较大的二次谐波至少存在一相。励磁涌流波形明显偏于时间轴一侧，含有很大的非周期分量电流，励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。中小变压器涌流倍数大，衰减较快（可达10Ie，衰减时间0.5～1s），大型变压器涌流倍数较小，衰减慢（4～6Ie，2～3s，甚至1min）。励磁涌流非正弦波，呈现尖顶波，相邻两个波形之间出现间断，宽度为间断角，间断角大小与铁芯饱和磁通和剩磁大小有关。
1.3励磁涌流的危害
直流分量在励磁涌流中会将电流互感器中的磁路磁化过度，影响测量精度，容易造成变压器中继电保护装置出现误动的现象，尤其严重影响变压器的差动保护，使变压器在投运过程中屡次失败。将电流接入到一台空载的变压器上所生成的磁力涌流，会使电气内部相邻连接的电站中运行的变压器出现和应涌流，发生误跳闸的状况，造成大面积的停电。若励磁涌流数值较大，会使断路器以及变压器由于动力过大而受损。造成电网电压骤升或骤降，导致其它电气设备无法正常工作，特别是易诱发操作过电压，损坏电气设备。
2励磁涌流的抑制方法
2.1控制合闸角
变压器励磁涌流的大小与合闸的初相角有密切的关系，如果合闸时正好电压为峰值，励磁涌流最小。但考虑电源三相电压互差120°，所以无论在何时合闸至少有两相会出现不同程度的励磁涌流。现阶段采用的选相合闸，就是考虑了在不同相位角情况下合闸对励磁涌流的影响。
表1和表2是一台750kV级产品A相合闸时，不同合闸角时励磁涌流大小和衰减时间的软件模拟数据。表3是三相在电压90°时分相合闸的数据。
表1A相电压峰值时合闸三相励磁涌流值
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表2A相电压过零点时合闸三相励磁涌流值
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表3三相电压分相合闸时三相励磁涌流值
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仿真结果表明，A相电压过零点合闸时，A相励磁涌流最严重，B相和C相励磁涌流幅值接近，且相对A相较小，涌流衰减时间三相比较接近。单相电压峰值时合闸，只能抑制该相励磁涌流，另两相励磁涌流幅值和衰减时间仍然偏大，所以单相电压峰值合闸不能有效抑制励磁涌流，需要选择三相电压峰值时分相合闸。三相电压峰值时分相合闸，三相励磁涌流有明显减小，衰减时间也缩短，是一种有效的励磁涌流抑制措施。
2.2在合闸回路中串联电阻
导致变压器空载合闸时励磁电流急剧增大的直接原因是由于磁通饱和引起的励磁阻抗急剧减小。因此，若使得在空载合闸时变压器的励磁阻抗不减小，甚至增大，则励磁涌流将会被有效地抑制。适当增加电阻R和减小电感L，一方面可以减小最大磁通值，另一方面可以加快暂态磁通分量的衰减速度。合闸回路串联电阻基于此原理来限制励磁涌流的幅值和暂态过程。
表4是一台750kV级产品在变压器高压侧串联不同阻值的电阻时对励磁涌流的影响。
表4合闸回路串联电阻时励磁涌流
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由表4可以看出，合闸回路串联电阻后，涌流峰值有明显的降低，衰减时间也有明显减小。当合闸回路串联电阻在400Ω以上时，励磁涌流在一个周期，即0.02s内衰减完成。当串联电阻在570Ω以上时，励磁涌流可以被抑制到额定电流以下。研究表明，合闸回路串联电阻可以很好地抑制励磁涌流。
2.3低压侧并联电容器
并联电容器在低压侧所产生的磁通和高压侧产生的磁通极性相反，从而避免了铁心饱和。若并联电容和励磁电感能够产生谐振，那么在额定频率的情况下，励磁阻抗将会达到无限大，将会使得励磁涌流完全被抑制。
通过对变压器铁心饱和时的励磁电感进行估算，计算出用于涌流抑制的电容值，从而达到阻止变压器在空载合闸时励磁阻抗急剧减小的目的，实现对励磁涌流的抑制。
表5是一台750kV级产品在变压器低压侧并联电容器时不同的电容值对励磁涌流的影响。
表5并联电容器时励磁涌流
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由表5可以看出，低压侧并联电容器后，衰减时间有明显减小。随着电容增大，励磁涌流峰值逐渐减小，但是电容过大，会造成过补偿，励磁涌流又呈现增大趋势。由于三相不平衡，每相的补偿电容值也不相同。
结束语
电力变压器励磁涌流的存在直接影响了整个电力系统的安全运行。变压器在空载合闸时，产生的励磁涌流含有谐波分量和直流分量，不仅会降低电力系统供电质量，还会导致变压器保护设备误动作，会使铁心饱和，绕组变形，从而影响变压器运行和寿命。变压器励磁涌流的产生及其影响与电力系统运行方式、变压器容量、铁心材料的性质、铁心的剩磁、合闸电压的相位以及合闸回路的参数等因素均有关。
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论文作者:董鑫
论文发表刊物:《电力设备》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/22
标签：励磁论文; 变压器论文; 抑制论文; 相电压论文; 峰值论文; 电阻论文; 电压论文; 《电力设备》2020年第1期论文;