变压器励磁涌流的危害与抑制方法

游 旺

(深圳供电局有限公司，广东 深圳518000)

1 变压器励磁涌流的危害

变压器励磁涌流的危害主要在于当变压器运行电压超过额定电压的10%时，会使变压器的铁芯饱和，而因为饱和产生的漏磁将使箱壳等金属构件涡流损耗增大、铁损增大，由此造成铁芯温度升高，同时还将使漏磁通增强。靠近铁芯的绕组导线、油箱壁以及其他的金属构件产生涡流损耗，使变压器过热，绝缘老化，影响变压器寿命，当励磁涌流严重时可能会造周围绝缘介质的损伤，甚至烧毁变压器。

除了变压器本身的损害外，励磁涌流还将诱发附近的其他电站正在运行的变压器产生“和应涌流”现象而误跳闸，进而造成大面积的停电。励磁涌流还会对电能质量产生影响，变压器励磁涌流中的大量谐波对电网系统中的电能质量造成严重污染。

2 变压器励磁涌流产生的原因

当空载变压器原边线圈接通电源时，这时流入的电流就是励磁电流，也称为激磁电流，励磁电流的大小与漏磁、线圈直流电阻成正比例关系。如果忽略这两个因素，则U0=E0，其中U0是电源电压，E0是线圈自感电势，此时的激磁电流为零。但是，由于实际上线圈电阻虽然很小，漏磁也很小，毕竟不为零，当U0稍微大于E0时，这个差值就造成了激磁电流不是零。变压器是根据电磁感应原理制成的一种电器设备，把电能转化为磁能，然后在把磁能转化为电能，是一个能量不断转化的过程，因此，需要建立一定的磁场，此时变压器绕组中就会产生励磁电流，变压器铁芯越饱和，则产生的励磁电流就越大，最大峰值甚至可达额定电流的6～8 倍。

对于民用小型号小功率变压器来说，一个40 W 的6 灯电子管收音机变压器空载时的电流只有20 多个mA。对于满负荷的约200 mA 来说只占1/10 左右。当变压器次级带负载时，激磁电流仍然存在，还是原来那么大，初级的总电流等于激磁电流加上次级折算到初级的电流。只要初级接通电源，不论空载还是带负荷，励磁电路总是存在的。

空载时磁通的计算:设电源电压为正弦电压则:

当电源内阻抗为零时，同时忽略变压器的漏抗，此时令变压器绕匝数为N=1，则:

C由t=0 时的θr决定，则:

3 励磁涌流的识别

以南瑞继保RCS-978 主变保护为例。

3.1 谐波含量识别

励磁涌流时，波形中包含大师的高次谐波分量，主要以二次、三次谐波为主。

其中I2nd、I3rd分别为每相差动电流中的二次和三次谐波，I1st为对应相的差流基波，K2xb、K3xb分别为二次谐波和三次谐波制动系数整定值。一般整定为0．15。

3.2 波形畸变识别

故障时，差流基本上是工频正弦波。而励磁涌流时，有大量的谐波分量存在，波形发生畸变，间断，不对称。利用算法识别出这种畸变，即可识别出励磁涌流。故障时，有如下表达式成立:

其中S是差动电流的全周积分值，S+是“差动电流的瞬时值+差动电流半周前的瞬时值”的全周积分值，Kb是某一固定常数，St是门槛定值。

装置设有“涌流闭锁方式控制字”供用户选择差动保护涌流闭锁原理。当“涌流闭锁方式控制字”为“0”时，装置利用谐波原理识别涌流;当“涌流闭锁方式控制字”为“1”时，装置利用波形判别原理识别涌流。

4 抑制方法

4.1 控制三相开关的合闸速断

根据合闸瞬间外施交流电压的峰值达到最大值，但是变压器不会产生励磁涌流这一特点，因此，控制三相开关合闸的角度能够抑制励磁电流。即当变压器内部没有剩磁时，立即在施加电压的峰值处闭合闸，也就是在合闸角为90°时合闸，此时变压器内产生的磁通接近为零，相应的励磁涌流也就很小。本文选取了国内某变电站作为观察样本，对三项操作分合闸的效果做了对比，具体如表1 所示。

表1 三项操作分合闸的效果对比表

4.2 内部插入接地电阻

变压器空载在合闸时由于三相励磁涌流存在不平衡，可以在三相变压器的中性点处接入一个接地的电阻，来承受这一不平衡的电流，达到使变压器的励磁涌流衰减的目的。这个接地电阻还能够有效减弱变压器铁芯上的电压，从而阻止铁芯饱和。这种方法一般需要和第一种方法一起使用，能够有效地把励磁涌流的幅值控制到40%左右。

4.3 改变绕组的分布

当变压器在产生励磁涌流时，铁芯处在饱和的状态，这时铁芯的磁导率接近于真空中的状态，此时变压器的原边相当于一个空心的线圈，可以看成作铁芯从绕组中移出去，其磁通线向外延伸，到达了铁芯以外的区域。基于这一现象，可将变压器原边的绕组从内部转移至外部，由于空心线圈的电感同截面积成正比例关系，则截面积相应的增大了很多，但是励磁涌流同空心电感成反比例关系，因而励磁涌流将得到一定的抑制。通过上面的分析，可以采用改变变压器原边或者次边绕组的分布这一方法，来增加涌流时的等效电感达到抑制励磁涌流的效果。

5 案例分析

误动案例，如图1 所示，励磁涌流波形。

通过保护厂家研发人员的交流，空充三相变压器由励磁涌流导致的误动中，大部分是由于B 相电流中二次谐波含量较小，未能闭锁保护所致，(为什么B 相的概率较大，可能和主变铁芯的结构有关)。

三相变压器的励磁涌流波形特征主要与以下因素有关:①三绕组的接线方式、三相铁芯型式。②系统电压、系统阻抗大小及合闸初相角。③剩磁磁通的大小和方向，饱和磁通的大小。④铁芯材质、磁滞回线和局部磁滞环等。

图1 励磁涌流波形

6 结语

变压器的稳定运行是保障供电系统稳定供电的一个重要环节，由于励磁涌流的存在，对于变压器正常运行产生了威胁，虽然在实际运行中很难完全避免励磁涌流的产生，但是采取一些措施能够有效地抑制励磁涌流，减少其造成的危害。通过本文的分析，提出了三个抑制励磁涌流的措施，并进行了实例的对比，得到的结果效果很明显。因此，本文中提供的建议，在实际的工作中可以借鉴，以保障变压器及其原件的安全。

［1］ 李焕友.变电器励磁流原理分析及预防研究［J］.科技信息，2010，26(10).

［2］ 倪光正，杨仕友，钱秀英，等. 工程电磁场数值计算［M］.机械工业出版社，2006.

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