變壓器勵(lì)磁涌流對(duì)直流系統(tǒng)造成的影響研究

張文韜 王渝紅

摘要：變壓器是電網(wǎng)中的重要設(shè)備，當(dāng)變壓器空載合閘時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌流，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成不利的影響。當(dāng)變壓器位于電網(wǎng)的直流系統(tǒng)附近時(shí)，勵(lì)磁涌流會(huì)通過(guò)換流站傳遞到直流線路中，對(duì)直流線路的正常運(yùn)行造成影響。文章對(duì)勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理進(jìn)行分析，再通過(guò)建模仿真，分析了勵(lì)磁涌流對(duì)直流系統(tǒng)造成的影響。

關(guān)鍵詞：變壓器;勵(lì)磁涌流;直流系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM42 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）12-0059-02

1勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理

當(dāng)變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電流只占額定電流的10%以下，幾乎不影響變壓器運(yùn)行狀態(tài)。但是當(dāng)變壓器空載合閘或在解除故障候再次投入運(yùn)行時(shí)的合閘瞬間，磁通量急劇增大，由于存在端電壓變化的暫態(tài)過(guò)程，鐵心會(huì)失去不飽和的狀態(tài)，勵(lì)磁電感的值大幅度減低，勵(lì)磁電流的值迅速增加，最嚴(yán)重時(shí)可能達(dá)到變壓器額定電流的十幾倍。此時(shí)的勵(lì)磁電流被稱為勵(lì)磁涌流。

下面針對(duì)單相變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的情況進(jìn)行分析，ua為系統(tǒng)電源，R為變壓器的線圈電阻，L為勵(lì)磁電感。

變壓器鐵心的性質(zhì)以及合閘時(shí)刻的初相角都能影響變壓器中的磁通強(qiáng)度。若取初相角為0，在開(kāi)關(guān)閉合的一瞬間變壓器中的磁通會(huì)達(dá)到最大值2Фm+Фr，此時(shí)的Фmax將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大飽和磁通Фs。若取初相角為π時(shí)，合閘時(shí)鐵心的磁通只有剩磁Фr，不會(huì)出現(xiàn)暫態(tài)磁通。

而常用的三相變壓器本質(zhì)上可以等效為三個(gè)相同的單相變壓器。三相變壓器在正常運(yùn)行時(shí)A、B、C三相的相角相差120°三相變壓器的勵(lì)磁涌流對(duì)比單相變壓器勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)為：

（1）由于正常運(yùn)行時(shí)，三相不是同相位運(yùn)行，因此無(wú)論如何調(diào)整合閘時(shí)間，三相中最多只有一相能不產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。

（2）三相變壓器在產(chǎn)生勵(lì)磁涌流時(shí)同樣也會(huì)產(chǎn)生較多的諧波含量，同時(shí)涌流的大小主要與鐵心是否飽和以及剩磁是否存在兩個(gè)因素相關(guān)。涌流中以二次諧波為主。

（3）三相變壓器的勵(lì)磁涌流可能會(huì)出現(xiàn)一相的涌流波形呈現(xiàn)對(duì)稱的情況，一般來(lái)說(shuō)，對(duì)稱性的涌流要比不對(duì)稱的涌流幅值小。但其余兩相的涌流仍與單相變壓器的勵(lì)磁涌流特點(diǎn)一樣，波形不對(duì)稱并且靠近時(shí)間軸。

2勵(lì)磁涌流對(duì)直流系統(tǒng)造成的影響

為了研究直流系統(tǒng)附近的變壓器空充產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流對(duì)其附近的交流電網(wǎng)以及直流電網(wǎng)造成的影響，筆者以四川某直流線路A近區(qū)的電網(wǎng)為原型搭建了相應(yīng)的電磁暫態(tài)模型并進(jìn)行仿真計(jì)算。對(duì)其中一共三個(gè)廠站500kV的主變壓器進(jìn)行空充操作，研究產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流對(duì)直流系統(tǒng)中的電流諧波含量、電壓諧波含量、功率、整流側(cè)觸發(fā)角、逆變測(cè)關(guān)斷角造成的影響。

以對(duì)站2的主變壓器進(jìn)行空充為例，仿真分析其產(chǎn)生的對(duì)直流線路A造成的影響，站2空充主變壓器產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流引起的波動(dòng)中，電流和電壓的諧波主要以基波分量和二次分量為主。其中基波電流最大值為30.41A，二次諧波電流最大值為15.94A;基波電壓最大值為4.25V，二次諧波電壓最大值為3.85A。對(duì)其他廠站的主變空充后得到的直流線路A的電流及電壓的FFT分解諧波最大值如表1所示。

可以看出，直流近區(qū)廠站主變壓器空充引起的直流輸電線路及諧波電流的大小相關(guān)。勵(lì)磁涌流的值越大，則諧波電流和諧波電壓的幅值也越大。諧波電流進(jìn)行FFT分解后，其基波電流的最大值大于二次諧波電流的最大值，諧波電流最大值較小，約為直流線路的額定電流的0.4%1.9%，諧波電壓最大值約為直流線路額定電壓的0.3%1.5%。A直流線路的保護(hù)動(dòng)作整定值為142kA。雖然直流線路諧波電流幅值均未超過(guò)保護(hù)動(dòng)作的整定值。但是實(shí)際情況中可能出現(xiàn)更嚴(yán)重的勵(lì)磁涌流現(xiàn)象，而且產(chǎn)生的諧波雖然不會(huì)造成保護(hù)動(dòng)作，但是也對(duì)直流線路造成了一定的諧波污染，影響電能質(zhì)量。因此還是應(yīng)該以抑制勵(lì)磁涌流的方式來(lái)解決此諧波污染的問(wèn)題。

下面對(duì)勵(lì)磁涌流引起的直流系統(tǒng)的功率振蕩、整流側(cè)觸發(fā)角、逆變測(cè)關(guān)斷角進(jìn)行分析，得到的結(jié)果如表2所示。

可以看出直流線路的功率都受到了勵(lì)磁涌流的影響，產(chǎn)生了一定程度上的波動(dòng)，波動(dòng)的幅度也與勵(lì)磁涌流的大小成正相關(guān)關(guān)系?？梢园l(fā)現(xiàn)當(dāng)站4對(duì)主變壓器進(jìn)行空充時(shí)，直流線路受到的影響最大，直流線路A的整流側(cè)觸發(fā)角下降至13.1°。直流線路逆變側(cè)關(guān)斷角變化程度較小。但是勵(lì)磁涌流對(duì)功率和觸發(fā)角造成的影響較大，若發(fā)生更嚴(yán)重的勵(lì)磁涌流情況，難以保證直流輸電線路能正常運(yùn)行。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)電力系統(tǒng)也不斷壯大。因此對(duì)于電能質(zhì)量的要求也不斷地提高?？蛰d變壓器產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流作為一種在電力系統(tǒng)中極為常見(jiàn)的現(xiàn)象，減小勵(lì)磁涌流對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)造成的危害也成為了當(dāng)今工程實(shí)際中的重要研究點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)勵(lì)磁涌流的機(jī)理進(jìn)行分析，并對(duì)勵(lì)磁涌流對(duì)直流系統(tǒng)造成的影響進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)踐具有一定的參考性。