變壓器勵磁涌流問題分析及對策

汪明

（福建晉江天然氣發(fā)電有限公司 福建晉江 362251）

0 引言

變壓器是以電磁感應(yīng)為原理基礎(chǔ)的電氣設(shè)備，在電氣系統(tǒng)中起到關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用，主要是通過轉(zhuǎn)換高低壓的形式和隔離交流電源的作用，使電氣系統(tǒng)能夠保持良好的運行狀態(tài)，因此變壓器運行的情況直接影響電氣系統(tǒng)的運行。當(dāng)變壓器受到勵磁涌流的影響時，不僅會造成變壓器的運行故障，也容易引發(fā)電氣系統(tǒng)的運行異常，存在較大的安全隱患，且變壓器產(chǎn)生勵磁涌流造成的損傷也較為嚴重，使維修的難度和成本都有所提高。

1 變壓器勵磁涌流概述

1.1 勵磁涌流產(chǎn)生的機理

變壓器合閘前，變壓器內(nèi)的總磁通為剩磁。在合閘瞬間，由于施加了電壓必然會產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)磁通，根據(jù)磁鏈守恒定理（總磁通不能突變），會產(chǎn)生一個與穩(wěn)態(tài)磁通方向相反、大小相等的暫態(tài)感應(yīng)磁通，此暫態(tài)感應(yīng)磁通與變壓器內(nèi)部的剩磁合成的偏磁，在變壓器內(nèi)隨時間緩慢衰減。當(dāng)偏磁與穩(wěn)態(tài)磁通合成的總磁通超過飽和磁通時，變壓器繞組電抗陡降，產(chǎn)生勵磁涌流。

勵磁涌流主要是變壓器鐵芯飽和狀態(tài)所引起的。當(dāng)變壓器在正常運行狀態(tài)下的鐵芯始終處于未飽和狀態(tài)或變壓器受到外部故障造成外部電壓下降等情況時，發(fā)生勵磁涌流的風(fēng)險較低，即使發(fā)生勵磁涌流也很小，通常僅能夠達到變壓器額定電流的3%～6%，并不會產(chǎn)生嚴重的不良影響。但是當(dāng)變壓器空載投入或變壓器的外部故障順利解除在恢復(fù)階段的情況時，就會導(dǎo)致鐵芯磁通處于飽和狀態(tài)。由于鐵芯材料的非線性特點，飽和狀態(tài)下的鐵芯磁通就會產(chǎn)生強烈的勵磁涌流。通常峰值超過變壓器額定電流8～10 倍被稱為勵磁電流，峰值超過變壓器額定電流10～20 倍被稱為勵磁涌流［1-2］。

1.2 勵磁涌流特點

勵磁涌流嚴重影響變壓器的運行穩(wěn)定性，掌握勵磁涌流的特點有助于保障變壓器的運行穩(wěn)定性。當(dāng)產(chǎn)生勵磁涌流時，也能夠通過了解其特點，快速掌握問題關(guān)鍵，立即采取有效的處理對策進行處理?；趯畲庞苛鲉栴}發(fā)生情況進行綜合分析，主要特點總結(jié)為4 個方面：①勵磁涌流的電流較高，通常能夠達到變壓器額定電流的7 倍，與短路電流相比，具有較高的相似性；②勵磁涌流波形為尖頂狀，大量的非周期分量和高次諧波包含其中，還有較大并偏離時間軸的二次諧波；③勵磁涌流存在間斷角，變壓器的飽和磁通、剩磁和外施電壓的初相角之間的聯(lián)系性較強，隨著變壓器轉(zhuǎn)換作用產(chǎn)生相應(yīng)的間斷角變化；④勵磁涌流具有指數(shù)衰減趨勢，尤其是小型變壓器的衰減速度更快，主要由較高的電阻和較小的電抗所造成，想要保障整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性就需要通過一定周期進行改善，而大型變壓器的衰減速度相對較慢［3］。

2 變壓器勵磁涌流危害

（1）繼電保護誤動作。在外部故障問題的影響下，變電器運行時的兩邊電流大小相位會產(chǎn)生差距縮小的現(xiàn)象。而在內(nèi)部故障問題的影響下，變電器運行時的兩邊電流大小相位會產(chǎn)生差距擴大的現(xiàn)象，這二者都會導(dǎo)致繼電保護誤動作的發(fā)生。

（2）電能質(zhì)量下降。變壓器空投所產(chǎn)生的勵磁涌流問題會造成電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性損害，產(chǎn)生大量的諧波進一步降低電能質(zhì)量。如果沒能對電磁涌流問題有效解決，還會造成電氣設(shè)備的使用質(zhì)量和壽命下降。

（3）和應(yīng)涌流現(xiàn)象。和應(yīng)涌流現(xiàn)象是在變壓器空投的情況下，使周邊變壓器的保護裝置產(chǎn)生誤動現(xiàn)象。在和應(yīng)涌流現(xiàn)象中，僅僅通過對勵磁涌流與故障電流的處理將無法對產(chǎn)生的影響進行有效處理。

（4）誘發(fā)操作過電壓，損壞電氣設(shè)備。

3 變壓器勵磁涌流問題的處理對策

3.1 變壓器低壓側(cè)與電容并聯(lián)

勵磁涌流是由變壓器內(nèi)部磁通飽和所產(chǎn)生的。為了對變壓器勵磁涌流問題進行處理，就要先對勵磁鐵芯內(nèi)磁通飽和狀態(tài)的情況進行處理，在最大程度上減少勵磁涌流問題的發(fā)生，因此可以采用變壓器低壓側(cè)與電容并聯(lián)的處理對策。當(dāng)完成合適的電容并聯(lián)后，變壓器所產(chǎn)生的低壓側(cè)與高壓側(cè)磁通極性反差較大，能夠使主磁通得到有效的降低，形成良好的去磁作用，對勵磁涌流的問題能夠有效抑制，使變壓器的運行穩(wěn)定性得到有力的保障。

3.2 控制三相開關(guān)合閘的時間

（1）快速合閘方式。首先需要明確某相合閘的最佳時間，然后再采用相應(yīng)的合閘操作對其余兩相1/4 工頻周期之后進行合閘。也就是先將A 相的合閘控制在90°時進行，使其他兩相繞組剩磁，能夠達到A 相繞組產(chǎn)生磁通最小的效果。將其他兩相產(chǎn)生的感應(yīng)磁通大小控制在磁通最大值的50%左右，相位能夠超過前A 相180°，然后對其他兩相在最佳時間進行合閘，就能夠?qū)⑵渌麅上嗟拇磐ǚ秶M行最為合理的控制，使變壓器勵磁涌流問題發(fā)生的風(fēng)險有效降低。

（2）延遲合閘方式。延遲合閘方式是先將A 相進行合閘，其他兩相B 和C 的感應(yīng)磁通能夠從預(yù)制相應(yīng)磁通開始，沿著回線產(chǎn)生相應(yīng)的變化。其中C 相的磁通飽和狀態(tài)最先發(fā)生，經(jīng)過變壓器非線性特征的影響，使C 相的繞組電感超過B 相，刺激B 相磁通的快速增長，達到B 和C 相磁通的一致狀態(tài)時，就能夠產(chǎn)生剩磁互相消除的作用。延遲合閘與快速合閘的方式相比，主要的差異性在于延遲合閘方式是先將變壓器某相進行合閘，在3 個工頻周期之后再將其他兩相進行合閘。對于先合閘的變壓器某相剩磁有所掌握后，就能夠?qū)ζ渌麅上嗟暮祥l進行良好的控制。

（3）同時合閘方式。同時合閘方式的實用性較窄，通常只能夠在剩磁較大的情況中采用。在進行同時合閘過程中，雖然不需要對三相斷路器進行獨立的控制，但仍然要對三相剩磁的情況做到全面的掌握，才能夠在進行同時合閘時，確保時機的準確把握。

3.3 微機涌流抑制器

（1）原理。微機涌流抑制器在對變壓器勵磁涌流問題的處理中較為常見，能夠通過剩磁和偏磁的相互作用，實現(xiàn)對涌流的強效抑制，具有較高的安全性和良好的作用效果，已經(jīng)得到了較為普遍的應(yīng)用。對于縮小勵磁涌流控制范圍的研究也在持續(xù)推進中，能夠更好地消除勵磁涌流現(xiàn)象。

（2）控制措施。由于負載特性的差異性較大，形成過電壓或涌流原因的差異性也同樣較大。如容性負載時，在斷路器分合操作下，電容器端電壓的相應(yīng)轉(zhuǎn)變不會發(fā)生，因此在電壓為0 的情形中，就要根據(jù)電容器的情況選擇相應(yīng)的分合閘控制策略，才能夠達到良好的控制作用。感性負載時，進行斷路器分合操作后，在磁鏈守恒定律的作用下，不會產(chǎn)生電感電流的變化。所以在電流為0 的情形中，要加強對分合閘的嚴格控制，使斷路器重燃問題能夠得到有效的處理。具體的合閘操作還需要根據(jù)實際的情況進行相應(yīng)的操作。電壓峰值與最小斷路器涌流和最大暫態(tài)電壓相對應(yīng)，但電壓零點具有相反的表現(xiàn)。對于空載變壓器也要加強控制的力度，尤其是在電壓為0 的情形中，要加強分合閘控制策略選擇合理性，才能夠在分相操作和聯(lián)動操作時，達到最為理想的操作效果。

4 結(jié)語

通過對變壓器勵磁涌流的特點分析，掌握產(chǎn)生勵磁涌流問題的原因、規(guī)律和影響。提出一系列預(yù)防措施，使處理策略能夠在實際的問題中進行運用，并達到良好的處理效果，保障變壓器運行的安全性和穩(wěn)定性。