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摘要：剩磁对电网安全运行有很大的危害，在变压器投入运行前对剩磁量进行检测定量消除是解决剩磁问题的解决方案。由于剩磁产生的励磁涌流特点是含有大量非周期分量伴随着大量谐波，故谐波与剩磁产生的剩磁存在一定关系，通过分析高次谐波可以推导变压器是否还存在剩磁，达到变压器完全消磁可靠投运的目的。本文着重对变压器剩磁产生的谐波进行分析。
关键词：变压器；剩磁；谐波分析；
引言
变压器在进行变比、直流电阻、空载电流试验等操作后，会在铁芯中残留剩磁。在变压器未进行消磁工作带剩磁投运时，铁芯剩磁使变压器铁芯半周饱和，在励磁电流中产生大量谐波。这不仅增加了变压器的无功消耗，而且可能引起继电保护装置误动作跳闸。此时的变压器相当于电网中的谐波源，其产生的谐波还有可能对电网中敏感的电气元件产生较强的破坏作用。铁芯的高度饱和使漏磁增加，引起金属结构件和油箱过热，局部过热将使绝缘纸老化并使变压器油分解，影响变压器的寿命。
1 试验方法探究
剩磁的产生是铁磁材料固有的磁滞现象。电力变压器绕组直流电阻等试验后会在铁芯中残留剩磁。一般情况下，直流磁化的安匝数越大，剩磁就越严重。而带有剩磁的变压器在投运后，因为铁芯饱和及存在剩磁，将会出现很大的励磁电流及励磁涌流。
也就是说如果能够模拟变压器带剩磁投运的情况，就可以分析合闸投运时的励磁电流，分析其中的谐波分量。
为此，我们需要准备的主要仪器：自耦变压器、示波器、采样电阻、试验单相变压器、直流电流源。其中自耦变压器提供试验单相变压器所需的电压；直流电流源模拟直流电阻试验过程给试验单相变压器充磁过程；示波器记录合闸初始时刻的电流波形以及其FFT分解图形。试验接线图如下：
图1 测试试验电路
2 试验实施
本次试验选用了一台电压等级为220V/10V，容量为500V•A的小型试验单相变压器变压器。
如图1所示，在无剩磁的情况下(合上K1)，施加25%UN(55V)，并使示波器工作在触发方式下，得到合闸初始时刻励磁电流波形的FFT分解图形（如图2）。
图2 施加25%UN时励磁电流初始时刻波形的FFT分解图（无剩磁）
此时，合上K2，用直流电流源给试验单相变压器充磁。一定时间后，断开K2，合上K1，在试验单相变压器上施加25%UN(55V)，得到合闸初始时刻励磁电流波形的FFT分解图形（如图5）。对比图2，可以看出图形完全改变，此时变压器确实存在剩磁。同时改变合闸初始相角，得到另一合闸相角的励磁电流波形的FFT分解图形（如图6）。
图5施加25%UN时励磁电流初始时刻波形的FFT分解图（有剩磁）
图6改变合闸相角施加25%UN时励磁电流初始时刻波形的FFT分解图（有剩磁）
合上K2，用直流电流源给试验单相变压器充磁。一定时间后，断开K2，合上K1，在试验单相变压器上施加50%UN(110V)，得到合闸初始时刻励磁电流波形的FFT图形（如图7）。
图7施加50%UN时励磁电流初始时刻波形的FFT分解图（有剩磁）
合上K2，用直流电流源给试验单相变压器充磁。一定时间后，断开K2，合上K1，在试验单相变压器上施加100%UN(220V)，得到合闸初始时刻励磁电流波形的FFT图形（如图8）
图8施加10%UN时励磁电流初始时刻波形的FFT分解图（有剩磁）
3 试验结果
通过上述试验，我们可以看出无论变压器是否存在剩磁，都会产生励磁电流。但通过具有FFT分解功能的示波器对其空载电流进行傅里叶分解和波形记录，可以看出有无剩磁，其励磁电流的谐波成分是有差异的。
当变压器没有剩磁时，其励磁电流中主要是以3次谐波为主的奇次谐波。而当变压器存在剩磁时，其励磁电流不仅存在大量的几次谐波，还开始出现2、4、6、8等偶次谐波，其中，以2次谐波含量最为明显。
偶次谐波的含量还与合闸初相角有关，不同的合闸初相角对偶次谐波的含量有较大影响，这是由于合闸初始电流产生的磁通与剩磁极性相反,而相消的现象，称为去磁；与剩磁的极性相同，则激磁磁通与剩磁大小相叠加，称为助磁。
4 结语
试验结果表明，剩磁在合闸的过程中，由于合闸相角的原因，会产生大小不同的谐波，也会造成不同情况的结果。严重时会导致变压器投运失败、跳闸，损坏电网中的电气元件，造成不必要的损失和难以估量的后果。而通过谐波可以判断变压器是否存在剩磁，因为即使剩磁很小，其励磁电流中也含有大量的谐波，这时奇次谐波偶次谐波同时存在，偶次谐波中以二次谐波的含量最为明显。理论上，我们可以通过少量的电压，通过示波器观察此时变压器的励磁电流情况，达到检验消磁情况的是否达标。
但现场实际情况还有待考究，如果能将剩磁定量，完全消除将更能确保变压器的顺利投运。理论、数据、试验都需要进一步研究。
参考文献:
【1】李贵存;变压器仿真与保护新算法的研究[D];华北电力大学;2001年
【2】姚缨英;大型电力变压器直流偏磁现象的研究[D];沈阳工业大学;2000年
【3】丁富华;真空开关的选相控制及其应用研究[D];大连理工大学;2006年
论文作者:苏迪,雪莲,王彦荣,申桂林
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/14
标签：剩磁论文; 谐波论文; 变压器论文; 电流论文; 波形论文; 励磁论文; 单相论文; 《电力设备》2017年第24期论文;