管窺抑制變壓器的勵(lì)磁涌流

頡子光 張綏彬 韓 琳

(國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司檢修公司，陜西 西安 710000)

一、分析變壓器的勵(lì)磁涌流對(duì)電網(wǎng)的危害

筆者主要從以下幾個(gè)方面來(lái)分析對(duì)電網(wǎng)的危害。1、造成變壓器的繼電保護(hù)裝置錯(cuò)誤執(zhí)行指令，使變壓器運(yùn)行極為不穩(wěn)定。2、變壓器在其出線產(chǎn)生短路故障且電路被切斷時(shí)，這時(shí)電壓就會(huì)突然增加不少，當(dāng)然變壓器的保護(hù)裝置就會(huì)錯(cuò)誤執(zhí)行指令，進(jìn)而使變壓器因超負(fù)荷而造成大面積斷電。3、當(dāng)變電站中其中一臺(tái)變壓器空載加電而產(chǎn)生大量的勵(lì)磁涌流時(shí)，那么鄰近電站中運(yùn)行的變壓器產(chǎn)生的和應(yīng)涌流就會(huì)很強(qiáng)大，而這些電站就會(huì)發(fā)生誤跳閘事故，進(jìn)而引發(fā)大面積停電事故。4、如果勵(lì)磁涌流的數(shù)值很大，就會(huì)造成變壓器以及斷路裝置因?yàn)殡妱?dòng)力嚴(yán)重超負(fù)荷而受到嚴(yán)重?fù)p壞。5、誘發(fā)操作使電壓嚴(yán)重超負(fù)荷造成電氣設(shè)備的嚴(yán)重?fù)p壞。6、在強(qiáng)大的勵(lì)磁涌流中，含有的直流分量也較強(qiáng)，這種直流分量會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磁化現(xiàn)象，使電流互感器中的磁路受到磁化，使電流互感器的測(cè)量精度受到嚴(yán)重影響，最后使繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率大大降低。

二、分析勵(lì)磁涌流是怎么產(chǎn)生的?

抑制是勵(lì)磁涌流抑制器所采取的主流策略，有別于傳統(tǒng)中的躲避措施。通過(guò)對(duì)大量的理論和實(shí)踐操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行研究后，證實(shí)勵(lì)磁涌流是可以利用抑制實(shí)現(xiàn)削弱甚至消失。深究其原因就是，形成大量勵(lì)磁涌流的最根本原因是:在變壓器任一端的繞組突然接入強(qiáng)大的外施電壓時(shí)，根據(jù)磁鏈?zhǔn)睾愣ɡ?，那么此繞組在磁路中就會(huì)引發(fā)單極性的偏磁出現(xiàn)，要是這個(gè)偏磁的極性正好相同于變壓器本身的剩磁極性，顯然磁路就會(huì)因?yàn)槭４暖B加了偏磁而磁飽和現(xiàn)象，進(jìn)而變壓器繞組的勵(lì)磁電抗能力大大降低，最終產(chǎn)生了強(qiáng)大的勵(lì)磁涌流。通過(guò)大量的理論及實(shí)踐發(fā)現(xiàn):通過(guò)控制外施電壓合閘相位角而實(shí)現(xiàn)對(duì)偏磁的極性以及數(shù)值很好地控制。因此，要是能夠準(zhǔn)確掌握變壓器上剩磁極性的話，完全就可以通過(guò)控制電源電壓的相位角，實(shí)現(xiàn)對(duì)偏磁的極性的控制，輕松使偏磁的極性與剩磁極性相反，從而實(shí)現(xiàn)避免產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。不過(guò)，在長(zhǎng)期大量的操作實(shí)踐中，同仁們普遍都有同感:難以準(zhǔn)確掌握變壓器的剩磁極性和其數(shù)值，而無(wú)奈地放棄了這種重要思路。從而應(yīng)對(duì)勵(lì)磁涌流的思路出現(xiàn)了兩種，但其效果并不理想。其一，通過(guò)對(duì)空投變壓器的電壓合閘相位角進(jìn)行有效控制，避免產(chǎn)生偏磁，使變壓器空投電源時(shí)其磁路出現(xiàn)飽和。其二，科學(xué)利用物理方法或數(shù)學(xué)方法對(duì)勵(lì)磁涌流的基本特征進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)裝置在空投變壓器電源時(shí)自動(dòng)閉鎖。這兩條思路都存在共同的致命缺陷。那就是:只有兩個(gè)電源電壓合閘角不產(chǎn)生偏磁，這兩個(gè)相角就是正弦電壓的兩個(gè)峰點(diǎn)，一旦偏離了這兩峰點(diǎn)，那么就會(huì)產(chǎn)生偏磁。要能準(zhǔn)確控制這兩個(gè)峰點(diǎn)，就必須這就要求控制合閘環(huán)節(jié)的所有設(shè)備能夠確保動(dòng)作精確而穩(wěn)定，如果動(dòng)作時(shí)間誤差1 毫秒，那么合閘相位角誤差就會(huì)達(dá)到18°之多。另外，三相電壓的峰值的相位角相差是120°，要能使三相勵(lì)磁涌流完全消除，就精確地實(shí)現(xiàn)三相電路分時(shí)分相合閘。充分利用物理的或數(shù)學(xué)的方法準(zhǔn)確識(shí)別勵(lì)磁涌流的基本特征十分困難，其原因是很多因素影響著勵(lì)磁涌流的基本特征，例如變壓器的電磁參數(shù)、合閘相位角等等。

三、正確抑制勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的策略

變壓器地帶電正常工作時(shí)，磁路中的主磁波形與外施電源電壓的波形大體一致，都是正弦波。眾所周知:磁路中的磁通波形與電源電壓波形基本滯后90°，因此我們就可以利用監(jiān)測(cè)電源電壓波形而對(duì)磁通波形實(shí)現(xiàn)有效監(jiān)測(cè)，由此就可以準(zhǔn)確地得到剩磁的極性。同理，監(jiān)測(cè)變壓器空投接電產(chǎn)生的偏磁也可以如此實(shí)現(xiàn)，電源電壓的初相角α 在第一和第四象限時(shí)所產(chǎn)生的偏磁極性是正，初相角α 在第二和第三象限時(shí)產(chǎn)生的偏磁極性是負(fù)。因此當(dāng)可以知道剩磁極性和可以控制偏磁的極性時(shí)，只需保證空投電源時(shí)偏磁的極性與剩磁的極性相反就可以很好地抑制勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生了。在變壓器穩(wěn)態(tài)時(shí)與上電時(shí)相應(yīng)的電壓u 曲線上的電點(diǎn)在磁通方面大小是相等的，而極性卻是相反的。因?yàn)橐种苿?lì)磁涌流的重要條件是保證偏磁極性正好相反于剩磁極性，而不需要抵消完全，因此在合閘角與前次分閘角發(fā)生較大偏差時(shí)，僅需保證偏磁與剩磁不產(chǎn)生同向相互疊加，整個(gè)磁路就不可能產(chǎn)生飽和現(xiàn)象，這就使對(duì)斷路器操作時(shí)間的精度要求得到了大大降低。在這里需要注意的是:變壓器斷電后，一般情況下在三相磁路中的剩磁不可能衰減和消失，它的極性也更不可能發(fā)生改變。只不過(guò)當(dāng)變壓器鐵心所處的溫度高于材料居里點(diǎn)后，那么剩磁就會(huì)發(fā)生衰減或消失現(xiàn)象，但是這種情況幾乎不可出現(xiàn)在電站而已。就算電站發(fā)生了這一情況，剩磁消失也是一件大好事，剩磁消失就不可能再發(fā)生磁路飽和現(xiàn)象了。抑制在面對(duì)電容器空投加載時(shí)所產(chǎn)生的充電涌流，同樣也要求杜絕在電壓過(guò)零時(shí)加電，必須是在合閘角相接近電容器上次分閘角時(shí)加。當(dāng)電源因故障跳閘，然后連接到總線上的電容器組，除了剛剛輸入電容后立即在備用電源備自投裝置，保證無(wú)功功率和電壓等級(jí)不斷自動(dòng)切換裝置前的準(zhǔn)備和行動(dòng)后的。這不僅節(jié)約電容放電設(shè)備，確保備用電源的投資基本上沒(méi)有障礙。

變壓器抑制勵(lì)磁涌流的原理類(lèi)似于電容器抑制充電涌流的原理，只不過(guò)變壓器不容許電壓發(fā)生突變，而電容都屬于儲(chǔ)能元件，它不容許電流發(fā)生突變。當(dāng)變壓器空載加電源或者是變壓器的出線發(fā)生故障，繼電保護(hù)設(shè)備就會(huì)自動(dòng)切斷電路。究其原因就則是變壓器的某端繞組在受到驟然增強(qiáng)的外施電壓時(shí)，其勵(lì)磁涌流數(shù)值發(fā)生極大的變化。這種勵(lì)磁涌流的峰值除了很大外，而且附帶的諧波和直流分量的量也很大。這些不良現(xiàn)象都嚴(yán)重影響了電網(wǎng)安以及電器設(shè)備的全運(yùn)行。

［1］王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與運(yùn)行［M］.北京:中國(guó)電力出版社，1996

［2］夏勇軍，陳宏.110kv 智能變電站的繼電保護(hù)配置［J］.湖北電力，2010

［3］袁桂華，張瑞芳等.110kv 變電站繼電保護(hù)整定方案優(yōu)化［J］.中國(guó)造紙，2010