變壓器剩磁對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響、產(chǎn)生原因及消除方法

田寶江 任海冬

【摘 要】電力變壓器在做直流試驗(yàn)后都會(huì)產(chǎn)生剩磁，剩磁的多少取決于變壓器繞組通過的直流電流強(qiáng)度和時(shí)間。因此，特別是做直流電阻試驗(yàn)，由于變壓器繞組容量大，充電時(shí)間長(zhǎng)，電流大，將會(huì)產(chǎn)生過多的剩磁。如果不對(duì)變壓器所產(chǎn)生的剩磁進(jìn)行消除，變壓器在送電時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的涌流，將導(dǎo)致變壓器的繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，影響變壓器正常投運(yùn)。本文分析了變壓器剩磁對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響及如何防范等注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】變壓器跳閘 剩磁 直流試驗(yàn)

1事件經(jīng)過

某廠2013年5號(hào)機(jī)組主變及高廠變完成檢修后，進(jìn)行了三次送電，前兩次送電，都是5A高廠變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，第三次送電，主變高壓側(cè)第二套差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，第三次送電成功。

1.1主變第一次送電

主變第一次送電時(shí)，根據(jù)動(dòng)作波形圖顯示：5A高廠變兩套保護(hù)裝置檢測(cè)到變壓器高壓側(cè)一側(cè)有電流，低壓側(cè)無電流（因四段6KV進(jìn)線開關(guān)未合），差流等于制動(dòng)電流，且差流達(dá)到比率制動(dòng)I段的動(dòng)作值，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

根據(jù)保護(hù)定值整定原則，對(duì)差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行二次諧波閉鎖，采用的是“三取二”的原則，即只有當(dāng)兩相及兩相以上的二次諧波含量大于閉鎖值15%時(shí)，才閉鎖差動(dòng)保護(hù)，根據(jù)波形顯示的數(shù)據(jù)，只有C相二次諧波含量大于閉鎖值，因此二次諧波不閉鎖差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

1.2 主變第二次送電

通過分析，主變第一次送電，由于變壓器勵(lì)磁涌流的原因?qū)е虏顒?dòng)保護(hù)動(dòng)作。經(jīng)過檢測(cè)絕緣合格后，經(jīng)行了第二次送電，5A高廠變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作情況和第一次類似，5A高廠變差動(dòng)保護(hù)二次諧波閉鎖條件不滿足，而5B高廠變差動(dòng)保護(hù)二次諧波閉鎖條件滿足，因此5A高廠變差動(dòng)保護(hù)再次動(dòng)作。

根據(jù)動(dòng)作波形圖和以上分析，高廠變高壓側(cè)電流都基本偏向于時(shí)間軸一側(cè)，且二次諧波分量較大，符合勵(lì)磁涌流的特征。在5號(hào)主變送電時(shí)，由于變壓器勵(lì)磁涌流的存在，導(dǎo)致兩臺(tái)高廠變高壓側(cè)差流達(dá)都達(dá)到動(dòng)作值，但由于反映到5B高廠變的有兩相電流的二次諧波分量較大，而5A高廠變只有一相電流二次諧波分量較大，而我廠GE差動(dòng)保護(hù)二次諧波制動(dòng)采用“三取二”原則，所以5A高廠變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，5B高廠變差動(dòng)保護(hù)未動(dòng)。

1.3 主變第三次送電

本次送電前對(duì)5號(hào)主變進(jìn)行消磁，在滿足《定值整定計(jì)算導(dǎo)則》的前提下，抬高主變T60差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作門坎值。再次進(jìn)行主變沖擊，主變送電成功。從波形圖看到，主變高壓側(cè)電流相對(duì)于第三次送電，沖擊電流有所減少，但A相波形依然出現(xiàn)了畸變。

2 剩磁的產(chǎn)生

2.1 鐵磁元件的電磁特性

帶磁性的鐵磁性物質(zhì)（例如：鐵、鈷、鎳及其合金）放入通電的螺線管內(nèi)，那么所產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以將此材料磁化，使之帶有磁性，但外加磁場(chǎng)去除后，鐵磁性物質(zhì)的磁性不會(huì)馬上消除，仍保有磁性，此即為磁滯現(xiàn)象。將鐵磁性物質(zhì)存在于一外加磁場(chǎng)時(shí)，當(dāng)外加磁場(chǎng)由零逐漸增大時(shí)，鐵磁性物質(zhì)之感應(yīng)磁場(chǎng)也隨之增大，而外加磁場(chǎng)增大到某一程度后，無論磁場(chǎng)再如何加大，鐵磁性物質(zhì)之感應(yīng)磁場(chǎng)也不再變化，即達(dá)到飽和。此時(shí)，在逐漸減小外加磁場(chǎng)時(shí)，鐵磁性物質(zhì)之感應(yīng)磁場(chǎng)亦隨之緩慢減小，其路徑并不沿原磁化曲線返回，而是沿著另一曲線變化，直到外加磁場(chǎng)降為零，而鐵磁性物質(zhì)仍保有磁性。剩磁是鐵磁材料的磁滯損耗表現(xiàn)，磁滯損耗是鐵磁材料將電能吸收后轉(zhuǎn)化為磁能的結(jié)果，在交流回路中表現(xiàn)為鐵損的一部分（與渦流損耗共同組成變壓器的鐵損）。也就是說，磁滯損耗是能量的轉(zhuǎn)換的結(jié)果，與輸入的功率和時(shí)間有關(guān)，也就是說在變壓器繞組上輸入的電功率越大，時(shí)間越長(zhǎng)，剩磁量就越大，反之亦相反。

2.2 變壓器的預(yù)防性試驗(yàn)與剩磁的產(chǎn)生

（1）在變壓器檢修后投運(yùn)前，變壓器需要做直流電阻試驗(yàn)，電力變壓器在做直流試驗(yàn)后都會(huì)產(chǎn)生剩磁，剩磁的多少取決于變壓器繞組通過的直流電流強(qiáng)度和時(shí)間。

（2）傳統(tǒng)的直流電阻測(cè)量方法，無論使用電橋法還是采用壓降法，因?yàn)殡娫刺峁╇娏鲾?shù)值小的問題，效率低下、耗費(fèi)工時(shí)長(zhǎng)。因此出現(xiàn)了變壓器直流電阻的快速測(cè)量方法，但試驗(yàn)電流一般都達(dá)到20A，提高了工作效率，但同時(shí)變壓器產(chǎn)生的剩磁較多。

2.3變壓器勵(lì)磁涌流與變壓器剩磁的關(guān)系

（1）將變壓器看作一個(gè)強(qiáng)感性負(fù)載，即看作一個(gè)非線性電感，當(dāng)合閘時(shí)，變壓器上的電壓在變壓器內(nèi)部也產(chǎn)生一個(gè)磁通，當(dāng)變壓器有剩磁時(shí)，合閘后所產(chǎn)生的磁通如果和剩磁極性相同，則變壓器內(nèi)部的總磁通就會(huì)隨著電壓的升高而增加，從而勵(lì)磁涌流也會(huì)隨之增加，如果合閘后所產(chǎn)生的磁通和剩磁極性相反，則變壓器內(nèi)部的總磁通就會(huì)隨著電壓的升高而減小，從而削弱了勵(lì)磁涌流。

（2）勵(lì)磁涌流與鐵芯飽和程度關(guān)系：變壓器繞組中的勵(lì)磁電流和磁通的關(guān)系由磁化特性所決定，鐵芯越飽和，產(chǎn)生一定的磁通所需的勵(lì)磁電流就愈大。由于在最不利的合閘瞬間，鐵芯中磁通密度最大值可達(dá)2Φm，這時(shí)鐵芯的飽和情況將非常嚴(yán)重，因而勵(lì)磁電流的數(shù)值大增，勵(lì)磁涌流比變壓器的空載電流大100倍左右，在不考慮繞組電阻的情況下，電流的峰值出現(xiàn)在合閘后半周的瞬間。但是，由于繞組具有電阻，這個(gè)電流是要隨時(shí)間衰減的。對(duì)于容量小的變壓器衰減得快，約幾個(gè)周波即達(dá)到穩(wěn)定，大型變壓器衰減得慢，全部衰減持續(xù)時(shí)間可達(dá)幾十秒。

2.4由上述可以不難得出結(jié)論

由于在#5主變檢修后的直流電阻試驗(yàn)中，使用了20A的直流電流，在導(dǎo)致#5主變壓器鐵芯上有直流剩磁，由于剩磁的存在，當(dāng)#5主變投運(yùn)送電時(shí)，產(chǎn)生較大的沖擊電流，造成主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

3 變壓器剩磁的消除方法

（1）直流消磁法又稱反向沖擊法， 是在變壓器高壓繞組兩端正向、反向分別通入直流電流， 并不斷減小， 以縮小鐵心的磁滯回環(huán)， 從而達(dá)到消除剩磁的目的據(jù)相關(guān)研究資料表明， 一般情況下， 反復(fù)沖擊4～ 5 次即可以取得較好的效果。現(xiàn)在市場(chǎng)上的自動(dòng)消磁儀器采用的就是直流消磁原理

（2）交流消磁法的具體操作是給變壓器用一個(gè)較低電壓等級(jí)的電壓充電。這樣可以降低鐵心磁通Φ的峰值， 從而達(dá)到減小勵(lì)磁電流的目的。發(fā)電機(jī)對(duì)主變壓器進(jìn)行零起升壓去除剩磁就屬于交流消磁方法

參考文獻(xiàn)：

[1]胡虔生，胡敏強(qiáng).電機(jī)學(xué)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2005.

[2]萬凱，劉會(huì)金.計(jì)及剩磁效應(yīng)得變壓器模型[J].變壓器，2002，39（5）：10-13.