摘要：随着我国经济建设的快速发展，我国电力行业发展迅速。励磁涌流是变压器合闸电源时的一种暂态状况，所有三个相以及接地中性点都有可能出现涌流。对变压器差动保护来讲，励磁涌流可视为一种差动电流。暂态涌流并不属于故障条件，保护仍需制动，这是变压器差动保护设计时需考虑的重要因素。随着电力变压器制造中新型硅钢性能的改进以及采用速度很快的差动继电器，励磁涌流现象变得更为突出。
关键词：220kV变压器；空载合闸励磁涌流；抑制措施
引言
我国电力行业发展至今已经取得了非常不错的成就。变压器是电网中的重要设备，当变压器空载合闸时，会产生较大的励磁涌流，对电网的稳定运行造成不利的影响。当变压器位于电网的直流系统附近时，励磁涌流会通过换流站传递到直流线路中，对直流线路的正常运行造成影响。
1励磁涌流产生机理及危害
变压器铁芯的非线性饱和特性会导致其空载合闸时产生励磁涌流。涌流的波形、大小和持续时间取决于许多特性因素，如变压器容量、绕组接法、合闸时电压的相位角、合闸绕组所在部位、铁芯的剩磁及磁化特性等。励磁涌流仅流进变压器一侧的保护区（即实际电源侧），由于在差动保护看起来为真实的差动电流而使继电器动作。励磁涌流主要分为：合闸涌流、合应涌流和恢复涌流。其中，合闸涌流的本质是合闸的时候，变压器磁通不能突变。由于合闸角、主变剩磁等原因，会导致主变磁通饱和，产生很大的励磁电流。变压器纵差（分相差动）保护用来保护主变三侧，但是励磁涌流始终是纵差（分相差动）保护无法完全解决的问题，其原因在于用电量保护来保护磁联系的元件，必然存在缺陷。励磁涌流主要危害：（1）可能引起变压器差动保护动作，造成投运失败，影响送电效率。（2）数值大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电力过大而受损，连续冲击会降低变压器绕组机械强度，损坏电气设备。（3）导致周边换流站直流换相失败或功率波动。
2励磁涌流对直流系统造成的影响
为了研究直流系统附近的变压器空充产生的励磁涌流对其附近的交流电网以及直流电网造成的影响，以某市某直流线路A近区的电网为原型搭建了相应的电磁暂态模型并进行仿真计算。对其中一共三个厂站500kV的主变压器进行空充操作，研究产生的励磁涌流对直流系统中的电流谐波含量、电压谐波含量、功率、整流侧触发角、逆变测关断角造成的影响。以对站2的主变压器进行空充为例，仿真分析其产生的对直流线路A造成的影响，站2空充主变压器产生的励磁涌流引起的波动中，电流和电压的谐波主要以基波分量和二次分量为主。其中基波电流最大值为30.41A，二次谐波电流最大值为15.94A；基波电压最大值为4.25V，二次谐波电压最大值为3.85A。可以看出，直流近区厂站主变压器空充引起的直流输电线路及谐波电流的大小相关。励磁涌流的值越大，则谐波电流和谐波电压的幅值也越大。谐波电流进行FFT分解后，其基波电流的最大值大于二次谐波电流的最大值，谐波电流最大值较小，约为直流线路的额定电流的0.4%-1.9%，谐波电压最大值约为直流线路额定电压的0.3%-1.5%。A直流线路的保护动作整定值为142kA。虽然直流线路谐波电流幅值均未超过保护动作的整定值。但是实际情况中可能出现更严重的励磁涌流现象，而且产生的谐波虽然不会造成保护动作，但是也对直流线路造成了一定的谐波污染，影响电能质量。因此还是应该以抑制励磁涌流的方式来解决此谐波污染的问题。可以看出直流线路的功率都受到了励磁涌流的影响，产生了一定程度上的波动，波动的幅度也与励磁涌流的大小成正相关关系。可以发现当站4对主变压器进行空充时，直流线路受到的影响最大，直流线路A的整流侧触发角下降至13.1°。直流线路逆变侧关断角变化程度较小。但是励磁涌流对功率和触发角造成的影响较大，若发生更严重的励磁涌流情况，难以保证直流输电线路能正常运行。
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3装置技术参数与实现
涌流抑制接口装置需要能接受控制系统发出的合闸命令，并迅速响应输出电流电压信号，据此制造涌流抑制接口装置，一次注入电流、CVT二次注入电压；或把主断口直接接入选相装置的断路器位置开入。选相合闸装置可根据接口装置发出的电流电压信号分别测得断路器的合闸时间，同时断路器断口信号亦可作为测量合闸时间的依据。由此，涌流抑制装置在断路器的合闸过程中依据3个信号量测得３个静态闭环动作时间，根据其中一种测量方式可算得平均静态闭环动作时间，并将此时间输入至选相合闸装置内作为换流变第1次合闸的预控时间。由于断路器的动作时间离散性较小，以静态闭环动作时间设定的预控时间足以保证换流变在第1次合闸时能在预设的点完成合闸，从而抑制励磁涌流。值得注意的是，涌流抑制装置在断路器的合闸过程即可测得断路器的静态闭环动作时间，而断路器以及换流变在投运前需完成一系列试验，因此断路器闭环动作时间可在一次设备调试过程中完成测试，不需另作静态闭环动作时间测试试验。
4涌流检测方法
当电力变压器合闸电源时，灵敏的差动保护可能误动。为使差动保护躲过涌流，必须采取措施使算法能区分涌流状况与故障状况。波形对称法：将流入继电器的差流进行微分，将微分后波形的前半周数据和后半周数据逐点做对称比较，故障电流基本上是工频正弦波，波形对称。而励磁涌流时，三相差动电流中有大量的二次谐波和三次谐波分量存在，波形发生畸变、间断、不对称，利用算法检测出这种畸变，即可识别出励磁涌流。谐波分析法：励磁涌流时，含有大量的偶次谐波分量存在，正常一次侧故障电流不含有二次或其他偶次谐波。谐波随峰值磁通密度向饱和状态升高而增大。涌流为一种波形偏离时间轴的非对称电流。一般的涌流含有相当成分或大量的二次和三次谐波以及数量值依次衰减的高次谐波。
5应对措施
（1）主变有检修工作的，工作结束验收时务必确认是否进行过直流电阻测试，对进行过直阻测试的，必须消磁后方可通过验收。（2）对于连续空载充电（2次以上）的变压器，应查看励磁涌流大小，对励磁涌流大的情况，应分析原因并采取整改措施。（3）有条件的变电站应配置选相合闸装置，此装置操作简单且不改变现有设备结构。（4）为避免换流站近区500kV变压器充电产生较大的励磁涌流对在运直流造成影响，正常情况下从中压侧充电，高压侧合环。
结语
新变压器启动调试需要检验主变差动保护躲过励磁涌流的性能，测录投切过程中励磁涌流和电磁暂态过程。而主变空载合闸仍会发生差动保护误动情况，需要对新变压器选型进行筛选，现场运维人员熟练掌握涌流抑制措施，即便发生误动造成断路器跳闸，也能快速正确处理，确保电网的安全稳定运行。
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论文作者:董红磊,刘杰,陈飞
论文发表刊物:《电力设备》2019年第6期
论文发表时间:2019/8/1
标签：谐波论文; 励磁论文; 变压器论文; 电流论文; 断路器论文; 电压论文; 抑制论文; 《电力设备》2019年第6期论文;