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1、变压器的励磁涌流及抑制方法宋励夫摘要：变压器励磁涌流一定程度上影响电力系统的安全运行及电力设备的正常 工作。如不对变压器励磁涌流进行必要的控制，可引发电网电压异变、谐波污染 保护误动等情况。本文对变压器励磁涌流进行了简要分析，并总结探讨了抑制此 现象的具体方法。关键词：变压器；励磁涌流；抑制方法1 前言 电力系统是由发电机、变压器、输电线路和用户组成的生产、输送、分配和消耗 电能的统-整体。变压器是电力系统中重要的设备，它的安全性和稳定性对整个电 力系统的运行十分重要。变压器正常运行时，变压器的励磁电流很小，通常只有 其额定电流的 3%8%，大型变压器甚至不到 1%。但当变压器空载投人电网时由
2、 于变压器铁心磁通的饱和以及铁心材料的非线性特征，会产生很大的励磁涌流， 可能对电网的安全稳定运行造成危害。因此，分析变压器空载合闸对电力系统具 有重要意义。2 变压器励磁涌流2.1 变压器励磁涌流概述变压器励磁涌流是一种谐波，在合闸给变压器充电时，电流表的摆针会波动 很大，而后马上会恢复到正常的电流值，电流表的波动证明存在一定的电流产生 的冲击所造成的，这个冲击电流被定义为励磁涌流。变压器励磁涌流的产生由于 时间比较短，对变压器本身并不能造成危险，但如果合闸充电次数的增多，由于 大电流对线圈绕组的多次冲击，容易使对绕组间产生机械力的作用，固定在变压 器上面的其它保护电元件就会产生松动，一旦产
3、生误动作，就造成变压器的损毁 和操作人员的伤害，因此对变压器励磁涌流必须进行抑制。2.2 变压器励磁涌流的特点 在涌流中存在很大数量的高次谐波，主要是二次和三次谐波，所以在电流曲 线上励磁涌流体现出来的是凸型波形。变压器的励磁涌流的大小与变压器内的铁芯饱和度有着直接的关系，铁芯的 饱和度越大，励磁涌流维持的时间就越短，具体表现为：合闸时，励磁涌流很大 但马上又恢复正常，但铁芯的饱和度不可能达到 100%，因此变压器都会出现励 磁涌流，只是产生的大小不同。同时变压器越大，电磁涌流就越大。2.3 变压器励磁涌流的产生机理 变压器线圈绕组中的励磁电流与磁通的关系是由其磁化特性决定的，铁芯饱 和度越高
4、，所需要的励磁电流也就越大，在实验中，为变压器充电时，在最不利 的时间合闸时，铁芯中磁通密度最大值可达2m,这时变压器铁芯的饱和情况是 最差，励磁电流的数值最大，这就是变压器励磁涌流产生的机理。变压器产生的 励磁涌流要比空载变压器电流大几十倍或者上百倍，假设线圈绕组没有电阻的情 况下，电流的峰值会出现在对变压器充电合闸后半周的瞬间，但由于线圈绕组有 电阻的存在，励磁涌流会随着时间而减弱，变压器的容量越小，减弱的时间就越 快。3 励磁涌流的抑制技术分析3.1 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
5、外部采取进行是很好 的选择。3.2 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。3.2.1 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，
6、抑制效果明显。3.2.2 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。3.2.3 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。3.2.4 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
7、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。3.2.5 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90。或270。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
8、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
9、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18。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。4 结束语电力变压器励磁涌流的存在直接影响了整个电力系统的安全运行。变压器在 空载合闸时，产生的励磁涌流含有谐波分量和直流分量，不仅会降低电力系统供 电质量，还会导致变压器保护设备误动作，会使铁心饱和，绕组变形，从而影响 变压器运行和寿命。变压器励磁涌流的产生及其影响与电力系统运行方式、变压 器容量、铁心材料的性质、铁心的剩磁、合闸电压的相位以及合闸回路的参数等 因素均有关。参考文献：1 王宝权 , 魏碧芳 . 变压器励磁涌流抑制方法分析及仿真 J. 信息系统工 程,2018(11):119.2 易龙芳 , 李智 . 变压器励磁涌流产生原因教学分析 J. 广东化工 ,2018,45(21):111- 112.滕文涛.大容量交流变压器励磁涌流及其抑制措施研究D.华北电力大学(北京),2017.
