变压器励磁涌流

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1、变压器励磁涌流励磁涌流( inrush current) 的发生，很明显是受励磁电压的影响。即只要系统 电压一有变动，励磁电压受到影响，就会产生励磁涌流。 在不同的情况下将产 生如下所述的初始( initial inrush)、电压复原( recovery inrush) 及共振( sympathetic inrush 共感)等不同程度的励磁涌流。其瞬时尖峰值及持续时 间，将视下列各因素的综合情况而定，可能会高达变压器额定电流的 830 倍。变压器的容量、 变压器安装地点与大电源的电气距离、 电力系统容量的大小、 由 电源至变压器间电力系统的时间常数 L/R 值、变压器铁心特性及其设计时所用饱

2、 和磁通密度值、加压操作前变压器的剩磁值( residual flux 残磁值)、加压操 作时瞬间电压的相位角度。1、励磁起始涌流( initial inrush)当开始加压于变压器的最初瞬间， 一瞬态性的励磁涌流， 将由电力系统涌入变压 器。在此情况下所产生的励磁涌流，称之为励磁起始涌流( initial inrush) 。 在停用变压器时， 即使系统电压已被切断， 而变压器的励磁涌流也已降为零， 即 ie=0 时，但其铁心中的磁通并不随之降为零，而是沿着铁心的 磁滞特性环 ( hysteresis loop )，回降至某一程度的剩磁值( residual flux残磁值)。该值的大小与系统

3、条件及操作情况均有关联。 今假设变压器在上次断电时其剩磁 值为R,而当变压器再次操作电压时，其瞬间电压所产生的磁 通波形恰与 R 连接。且平滑地持续以前的磁通波形继续下去。 在此情况下的励磁涌流将无瞬态 励磁过程。假设当再次加电压于变压器的瞬间， 其磁通值发生在磁通波形的 (负)最大值处 (max)。而此时的剩磁R却为正值，且剩磁不会瞬间立刻消失。是以由加电压操作所新建的磁通波形不会是从其(-maX值开始，而是从 R值开始。在此情况下产生的励磁涌流，将有极大的瞬态现象。但由于断路器的投入时间是无法控制， 所以实际上类似上面所说的无瞬态励磁过 程几乎是不可能的。 典型的励磁电流， 其波形在最初数

4、周内衰减甚速， 然后逐 渐 减慢，其衰减速度是与电源系统的时间常数值( L/R) 有关。即( L/R )值愈高衰 减愈慢。故容量较大的变压器( L 值相对较大)，或变压器临近电源及发电 机(R相对值较小)者，其励磁涌流衰减均较缓慢。事实上系统时间常数的L值并非固定，而是随变压器的饱和程度发生变化。在开始的数周波内饱和程度较高， L 值较小，故衰减较快。由于电阻在系统中起阻尼作用，而降低饱和的程度， L 值较大，故衰减变的缓慢。有时要经数秒甚至几分钟后才会衰减到正常值。2、电压恢复涌流( recovery inrush)当变压器外部故障清除后， 在电压恢复至正常值的过程中， 也会引起励磁涌流的

5、现象。 此种励磁涌流称为电压复原涌流 (或再生涌流)。 因在外部故障时变压器 仍是部分加压，故一般的电压复原涌流均不如励磁起始涌流的严重。3、共振励磁涌流（ sympathtic inrush）这又是另一种涌流的情况。如两台变压器 A、B并联，变压器B已加压，甚至已 正常供电，今拟将变压器A与之并联。当关闭断路器A的瞬间，很明显变压器A 将引起一种励磁起始涌流。此涌流为电流波形的上一半正值部分 由于此一涌流 由系统所供应，它将引起电源至此地区间电压降落的改变， 从而引起电压的变动。 参照上面所说的“励磁电压受到影响，励磁电流就会随之发生变化。”变压器 B 的励磁涌流将发生变化， 也即发生类似电

6、压复原涌流， 其波形为下一半负值部分， 不 过此时将称此电流为共感励磁涌流。关键是此地区电压变动的趋势是与变压器 A励磁起始涌流的极性相反。即在励磁 起始涌流为最高时，电压将为最低。反之亦然。但变压器B的电压复原涌流，其 极性与地区电压相同。在此情况下，变压器A与B两励磁电流之和将构成一个与 短路电流类似的波形。在实例上如A、B两变压器分别有其的差动系统，即各继电器可分别使用电流互 感器A、B的电流，在应用上属正常。但如两变压器共用一组差动继电器时，则在上述的操作情况下， 流入继电器的电流波形已非励磁涌流波形， 而极似一含有 直流成分的故障电流。在此情况下，无论操作断路器A或B时，均将引起该组

7、差 动 继电器误动作。故在系统设计时应注意。变压器励磁涌流是： 变压器全电压充电时在其绕组中产生的暂态电流。 变压器投 入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时， 其总磁 通量远远超过铁芯的饱和磁通量， 因此产生极大的涌流， 其中最大峰值可达到变 压器额定电流的 6-8 倍。励磁涌流随变压器投入时系统电压的相角， 变压器铁芯 的剩余磁通和电源系统地阻抗等因素而变化， 最大涌流出现在变压器投入时电压 经过零点瞬间（该时磁通为峰值）。变压器涌流中含有直流分量和高次谐波分量， 随时间衰减，其衰减时间取决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为 5-10 秒，小容量变压器约为 0.

8、2 秒左右。变压器合闸时，为什么会产生励磁涌流？答：由于电和磁都有一种“惯性”， 在电感电路中， 电流不能突变。 如对某台 变压器而言， 在电网中， 该变压器可以看作是电路中一带铁芯的电感元件， 假如 按所加电压和电路的阻抗情况，接通电源后通过变压器的稳态电流应该是l0A。在合闸瞬间由于没接电源前为 0A（即没有电流），根据电流不能突变的原理， 电流应保持为10A,同样，铁芯中的磁通也不能突变，即铁芯中的磁通应保持与 合闸前一样， 如果合闸前铁芯中无剩磁， 磁通为零， 那么合闸瞬间， 不管电路里 所加电压的瞬时值有多大，铁芯中的磁通仍为零。在交流磁路里，由于磁通落后电压 90相位角，交流电的电

9、压不断在变， 要求相应的铁芯中的磁通电要变， 因此铁芯中磁通的过渡过程， 还与合闸瞬间电 压的相角有关。如果合闸瞬间， 电压正好达最大值， 此时磁通的瞬时值正好为零， 与合闸前铁芯 中无磁通的情况样， 因此不会发生过渡过程， 即铁芯中一开始就建立了稳态磁 通。当合闸瞬间电压正好经过零值时，它在铁芯中所建立的磁通应为最大值（ 幅值） ，由于原来铁芯中没有磁通，根据磁的惯性作用，这一瞬间仍要保持磁通为 零。那么如何保持磁通为零呢， 这就是铁芯中分子电流所产生的合成磁通和电源 电流产生的磁通共同作用的结果。所谓分子电流， 可理解为电子绕原子核运动而形成的“圆电流”， 它产生的 磁场方向根据右手螺旋定

10、则确定。 当电源电流要在铁芯里建立磁通的初瞬间， 分子电流产生 的磁极， 本能地转过来朝向一个方向， 阻碍新磁场的建立。 这些分子电流合成产 生个“反磁通”， 和电源电流所产生的磁通方向相反， 大小相等。 这样，就保 持了合闸瞬间铁芯中与合闸前一样处于无磁通状态。 这个“反磁通”的方向是不 变的，称为直流分量， 或非周期分量， 由电源电流产生的磁通是交变的， 称为交 流分量，或周期分量，在此情况下，铁芯中的总磁通中应是两个磁通相加而成。在磁通和电压随时间变化的曲线中， 铁芯中磁通开始为零， 到 12周期时， 两个磁通相加达最大值， 这个最大值是周期分量幅值的两倍。 所以， 在电压瞬时 值为零时

11、，瞬间合闸是很危险的，此时过渡过程最剧烈。以上所述是铁芯中没有剩磁的情况。 若铁芯中原来就有剩磁， 而剩磁碰巧与 上述磁通相加， 那么铁芯中的磁通可能达到的幅值就更大。 在此情况下， 铁芯必 将严重地饱和、因为变压器绕组中励磁电流和磁通的关系由铁芯磁化特性所决 定。铁芯愈饱和，产生一定的磁通所需的励磁电流就愈大。由于在正常情况下， 铁芯中的磁通就已饱和， 而在最不利的合闸情况下， 铁心的饱和情况将非常严重， 使得铁芯的导磁系数 卩减少，变压器的励磁电抗大大减少，而励磁电流的数值 大增。当铁心中的磁通严重饱和时， 由磁化特性决定的电流波形很尖， 这就是变压 器励磁涌流的由来， 这个冲击电流可能达到变压器额定电流的 68倍，比正常稳 态时的励磁电流 （变压器的空载电流 ）大 100倍左右。在不考虑绕组电阻的情况 下。电流的峰值出现在合闸后经过半周期的瞬间。 由于绕组铜线具有电阻， 这个 电流要随时间衰减的。