摘要：在海上电力系统中，变压器占据着举足轻重的地位，当大容量变压器投用时会产生励磁涌流，会造成电网电压骤降、谐波污染，严重时会造成变压器继电保护装置误动作等，严重影响了供电系统的稳定性。本文从变压器空投时励磁涌流的产生、对供电系统的影响、抑制励磁涌流策略以及现场实际如何实现方面做了分析和阐述。
关键词：变压器；励磁涌流；涌流抑制器
1 变压器励磁涌流的产生
变压器正常运行时，励磁电流很小，为额定电流的3%-5%，外部短路时，由于电压降低，励磁电流更小，但当变压器空载投入或外部短路故障切除后电压恢复过程中，励磁电流很大，电流可达到额定电流的5-10倍，故称为励磁涌流。
图1 变压器磁通波形图
励磁涌流产生的原因是变压器外加电压时铁芯中的磁通不能突变。在变压器稳定工作状况下，铁芯中的磁通滞后外加电压90°，如图1所示.当空载合闸且电压瞬时值为零（U=0）时，铁芯中的磁通幅值应为-Φm，由于变压器是带铁芯的电感性元件，铁芯中的磁通不能突变，合闸时必然产生暂态过程，出现一个幅值为+Φm非周期分量磁通与-Φm抵消，使铁芯中只有剩余磁通Φr，半个周期后，铁芯中的综合磁通达到最大值Φ∑=2Φm+Φr，如图1所示。此时变压器铁芯严重饱和，励磁电流极大增加，形成变压器的励磁涌流。
2 励磁涌流对海上油气田的影响
励磁涌流对海上油气田电站系统的影响比较大，主要表现在以下几个方面：
1、变压器空载投入时，励磁涌流较大，引起电网电压波动，产生的大量谐波引起电能质量下降，影响其他用电设备的正常运转，影响供电系统的稳定性；
2、励磁涌流造成变压器继电保护动作；
3、励磁涌流中的直流分量导致电流互感器的磁路被过分磁化而大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率；
4、对变压器合闸时，大电流的冲击会引起变压器绕组间的机械力作用，使其固定物松动，影响变压器的可靠运行。
通过对变压器产生励磁涌流大小的分析可知，我们在现场对变压器合闸时很难确定合闸瞬间的电压相位角，倘若在合闸瞬间电压瞬时值过零，那么此时变压器所产生的励磁涌流最大，对电网的影响尤为突出。为使励磁涌流对电网的冲击达到最小，必须抑制励磁涌流。
3 励磁涌流的抑制策略
空载变压器励磁涌流抑制策略：由励磁涌流产生的原理可知，若在变压器内部无剩余磁通时，选择在电压峰值，磁通为零时合闸将有效的避免涌流的产生；而在变压器内部有剩余磁通时，若能得知剩磁的极性和数值，依据电压积分算得在预期的磁通（偏磁）等于剩磁通的瞬间合闸，也能有效的避免涌流的产生。因而在必须考虑变压器内部有剩磁的情况下，抑制涌流的最佳策略是三相联动操作，同时对分闸合闸进行同步控制。当前的电力规程禁止导致非全相运行的分相操作，同时现在所采用的真空断路器也无法实现其分相操作。
海上油气田变压器采用三相联动动作，为取得好的涌流抑制效果，同时对分闸合闸进行同步控制。对变压器分闸进行同步控制，是为了获知其剩磁通的极性，以便为变压器合闸时，提供最优的合闸相位。以便取得良好的涌流抑制效果。
断路器分闸后，变压器铁芯中的剩磁就已经确定了，它不会随外部条件的变化而消失，不会改变极性，只有在变压器铁芯受到高于材料居里点的高温作用后剩磁才会衰减或消失，但一般现场不会出现此种情况，退一步讲，剩磁消失是件好事，只要没有剩磁，变压器空载合闸时是不会引起磁路饱和的。所以在变压器检修或故障处理完毕后，需要空投时，只要投入点剩磁的大小和方向与系统电压将要产生的预磁通（偏磁）一致，则铁芯磁通将在剩磁的基础上实现无冲击的平稳过渡，从而避免铁芯过饱和。
4 海上油气田变压器抑制励磁涌流的实际措施
锦州25-1南油气田采用涌流抑制器来减少涌流的影响。其特点有：
1、控制策略：该涌流抑制器的控制策略与上述策略基本相同；
2、安装位置：涌流抑制器安装在变压器进线断路器控制柜上；
3、电源要求：装置本身电源DC110V、分合闸启动电源DC110V（提高其动作时间）；
4、实际应用电路图：因涌流抑制器所要求动作电源的特殊性，同时考虑涌流抑制器的投用不能影响变压器保护功能的正常使用，以及涌流抑制器故障时，不能影响变压器的分合闸操作。所以对变压器原先控制柜回路进行改造，改造后的电气原理图如下：
图4合闸回路
图5分闸回路
5、调试结果：按照涌流抑制器的设置说明对其进行相关的设置后进行测试，对同一台6300KVA变压器通过涌流抑制器进行空载分合闸测试，测试结果有部分差异，分析其原因是断路器分合闸时间变化所引起，影响其对剩磁极性的判断和大小的计算，即影响分闸角的准确度，进而影响其合闸相位角。
5 结论
经实际测试证明同步分合闸策略即变压器空投相位角与前次切除相位角相匹配的原则，对于使用三相联动断路器能够很好的抑制空投变压器的励磁涌流。
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论文作者:张忠伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/7/31
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