陶颋晟
（国网山西省电力公司检修分公司 山西太原 030032）
摘要：空载运行时，变压器的工作电流基本上用以励磁，其数值往往不大，与额定电流相比，仅仅为0.35%一10%，但空载合闸时，会伴随很大的电流，经一段时间后才会达至稳态，与额定电流相比，其最大值可达至6-8倍，称之为励磁涌流。励磁涌流严重影响着电气设备、电网等，造成的破坏不容忽视，抑制励磁涌流成为当下研究的主流。
关键词：变压器；励磁涌流；抑制技术
1励磁涌流的分析
1.1变压器励磁涌流出现的原理
当变压器无负载切入或者区外故障除却后电压复回进程中，差动回路能够出现量值巨大的励磁电流，即就是励磁涌流，在电力系统中，励磁涌流属于电力变压器所独有的电磁现象。当变压器处于正常工作状态下，铁芯不会呈现饱和，相对磁导率也非常的大，变压器的励磁电感跟着就会很高，所以励磁电流数值比较小，普遍的是超不过电力变压器2%～5%的长期允许工作电流。但当变压器无负载切入或者区外故障切去后差动回路电压复回进程中，变压器电压一下猛地突升到工作电压，此阶跃电压的作用会促使变压器形成一个工作磁通使其自身最终可以平稳运行。然而在建立此工作磁通的过渡进程中，该电力变压器铁芯恐怕会出现较强的饱和现象，将形成量值甚大的暂态励磁电流，此种暂态过渡性的励磁电流就是所称的励磁涌流。由上所述可见，励磁涌流的出现由来即是变压器铁芯处于饱和状态所导致。在电力变压器的等值电路模型中，由于与非线性电感元件有相通之处，所以变压器励磁回路可用其来等效代替。变压器及其所在电力系统工作运行规范时，变压器运行于磁通的线性分段，铁芯是呈现不充盈的形态，导磁率相较非常大，此时变压器励磁回路与有铁芯的线圈等同，另外变压器的励磁电感此时会较高，因此在规范运行的时候励磁电流就会非常小的，总的来说超不过变压器长期允许工作电流2%～5%，这个数值不大的励磁电流往往可以忽略不计。变压器出现区外故障时，变压器两端电压会下降，励磁电流变小，它的作用就愈小。但在变压器无负载切入或区外故障除去后电压复回进程中，铁芯易趋向于饱和，相对导磁率约近于1，这时变压器的励磁回路就与一无心线圈无异，随着变压器励磁回路中电感的减小，量值很大的励磁涌流或许就会产生。
1.2励磁涌流导致的破坏性影响
励磁涌流的存在产生的破坏性影响较为研究。不但会在变压器空载合闸时出现瞬间电流的短时增大，同时也能导致电流波形出现严重畸变、整个电网的电压也会因此迅速下降，此外，谐波污染也会相应的产生。这些问题的出现终将导致一系列的严峻后果。具体影响表现为：第一，变压器出线端出现短路故障被保护切除时将产生电压突增，引发所有变压器保护误动作，造成全部变压器出线端停电；第二，变压器的综合继电保护器难以正确识别励磁涌流和故障电流的差别，导致综合继电保护器误动，使变压器空投失败；第三，引起电网电压骤降，影响电网中其他电气设备的正常运行；第四，空投时的励磁涌流会通过系统输电线电阻诱发邻近运行中的变压器产生“和应涌流”（SympatheticInrush），从而导致变压器保护误跳闸，造成更大面积的停电；第五，励磁涌流会导致大量谐波注入电网，对电网中的电能质量造成严重污染；第六，诱发操作过电压，损坏电气设备；第七，数值很大的励磁涌流，会导致变压器、断路器电动力过大受损；第八，励磁涌流中包含的直流分量会引起电流互感器的磁路被过度磁化，进而会大幅降低测量的精度和综合继电保护器的正确动作率。
2励磁涌流的抑制技术
2.1内部采取抑制措施
内部措施从变压器结构入手，需要重新配置变压器，甚至重新设计变压器。大量更换变压器比较繁复、极不经济，励磁涌流抑制技术在外部采取进行是很好的选择。
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2.2外部采取抑制措施
外部措施从变压器线路入手，有内插电阻法、合闸回路串电阻法、低压侧并联电容器法、软后动法、预充磁绕狙法和选相合间技术等。
2.2.1内插电阻法
内插电阻法主要用于带中性点的三相变压器，将电阻串接在中性点处。因励磁涌流一般无法达到平衡，此电阻起到衰减的作用。接地电阻接于中性点，在合间结束后可用旁路断路器予以切除。此电阻除了承受不平衡电流，还减小电压，防止铁也发生饱和。用此方案时，断路器可选用规格较低的或者不用。三相同时合间时，励磁涌流基本平衡，内插电阻法所起的作用很小，但当先合一相，而后合另外两相时，励磁涌流均会发生很大程度的衰减，抑制效果明显。
2.2.2合闸回路串电阻法
合闸回路串电阻法主要改变合闽回路的电阻，在变压器空载合间时投入电阻，抑制磁通的幅值，增加衰减速度。合闸回路串电阻法可以减小磁通幅值、低压侧并联电容器法可以去磁，将两种方法配合使用具有很好地效果。改进的合闸回路串电阻法就是在串联电阻的基础上串联电容，从而减弱磁通幅值、减小励磁电感。
2.2.3软启动法
软启动法通过软启动器调整一次侧电压，尽可能减小合闸时的电压，依据设定曲线逐渐将电压提升至额定电压。软启动器的实现可依据可控硅相角触发技术，预先设定的曲线针对具体的变压器，具有单一性。
2.2.4预充磁绕组法
预充磁绕组法是在给变压器增加充磁绕组，用以改变变压器的磁通，让变压器合闸时的工作点处于膝点以下。具体实施时利用充磁绕组改变剩磁，以减弱合成磁通。预充磁绕组法额外增加充磁绕组，其实现比较麻烦，剩磁也难以控制精确，造成磁通的弱化具有一定的随机性。预充磁绕组法要与其他方法相互结合才能够真正有效地减小励磁涌流。
2.2.5选相合闸技术
选相合闸技术按照磁通变化情况及合闸时剩磁大小，合理控制电压投入时的初相角，在直流偏磁和剩磁极性不一致时准确投运。针对单相变压器，一般选择偏磁为零的电压角进行合闸，即峰值点90o或270o。针对三相变压器，具体有三种合闸策略：一是快速合闸策略，二是延时合闸策略，三是同步合闸策略。快速合闸是指一相先合闸，其余两相在其磁通与剩磁抵消时合闸，三相在一个周期内完成合闸。延时合闸策略是指一相选择直流偏磁与剩磁相互抵消时先合闸，经过铁心磁通的平衡效应，大约2-3个周期后，剩余两相同时合闸，合闸时刻为首合闸相的电压过零点。目前延迟合闸策略与中性点串电阻法、合闸回路串电阻法配合使用，抑制效果有了进一步提升。快速合闸策略和延迟合闸策略均对剩磁要求苛刻，快速合闸策略要预先检测所有剩磁且要求剩余两相合闸时剩磁相互抵消，延迟合闸策略要预先检测首合相剩磁。同步合闸策略是指三相同时合闸，合闸时刻选择与分闸相角相同的时刻。由磁通的最终表达式，可知，变压器稳定运行后，剩磁为，当合闸相角与分闸相角一致时，直流偏磁与剩磁相互抵消，暂态磁通为零。应用同步合闸策略时，断路器的离散性和检测信号的延时会影响抑制效果，假设断路器的动作时间漂移1毫秒，合闸相角会有18o的偏差，无法完全消除暂态磁通。在偏离分闸相角较近的时间点，偏磁与剩磁具有相反的极性，能够削弱暂态磁通，也可以起到抑制效果。同步合闸策略符合我国的三相联动断路器，是选相合闸技术中应用最普遍的策略。
3结束语
变压器是电力送变不可或缺的环节，通过转换，以适应各式各样的需求。励磁涌流在变压器空载合闸时是正常现象，但是因其危害性太大，需要采取抑制措施。抑制措施很多，其中选相合闸技术效果显著，是重点研究的对象。本文旨在设计一种励磁涌流抑制系统，能够抑制空载合闸的励磁涌流，防止继保装置发生误动，以加强变压器的运行稳定性和工作安全性。
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论文作者:陶颋晟
论文发表刊物:《河南电力》2019年2期
论文发表时间:2019/10/12
标签：变压器论文; 励磁论文; 剩磁论文; 电阻论文; 电压论文; 回路论文; 电流论文; 《河南电力》2019年2期论文;