管窥抑制变压器的励磁涌流

颉子光 张绥彬 韩 琳

(国网陕西省电力公司检修公司，陕西 西安 710000)

一、分析变压器的励磁涌流对电网的危害

笔者主要从以下几个方面来分析对电网的危害。1、造成变压器的继电保护装置错误执行指令，使变压器运行极为不稳定。2、变压器在其出线产生短路故障且电路被切断时，这时电压就会突然增加不少，当然变压器的保护装置就会错误执行指令，进而使变压器因超负荷而造成大面积断电。3、当变电站中其中一台变压器空载加电而产生大量的励磁涌流时，那么邻近电站中运行的变压器产生的和应涌流就会很强大，而这些电站就会发生误跳闸事故，进而引发大面积停电事故。4、如果励磁涌流的数值很大，就会造成变压器以及断路装置因为电动力严重超负荷而受到严重损坏。5、诱发操作使电压严重超负荷造成电气设备的严重损坏。6、在强大的励磁涌流中，含有的直流分量也较强，这种直流分量会产生严重的磁化现象，使电流互感器中的磁路受到磁化，使电流互感器的测量精度受到严重影响，最后使继电保护装置的正确动作率大大降低。

二、分析励磁涌流是怎么产生的?

抑制是励磁涌流抑制器所采取的主流策略，有别于传统中的躲避措施。通过对大量的理论和实践操作经验进行研究后，证实励磁涌流是可以利用抑制实现削弱甚至消失。深究其原因就是，形成大量励磁涌流的最根本原因是:在变压器任一端的绕组突然接入强大的外施电压时，根据磁链守恒定理，那么此绕组在磁路中就会引发单极性的偏磁出现，要是这个偏磁的极性正好相同于变压器本身的剩磁极性，显然磁路就会因为剩磁叠加了偏磁而磁饱和现象，进而变压器绕组的励磁电抗能力大大降低，最终产生了强大的励磁涌流。通过大量的理论及实践发现:通过控制外施电压合闸相位角而实现对偏磁的极性以及数值很好地控制。因此，要是能够准确掌握变压器上剩磁极性的话，完全就可以通过控制电源电压的相位角，实现对偏磁的极性的控制，轻松使偏磁的极性与剩磁极性相反，从而实现避免产生励磁涌流。不过，在长期大量的操作实践中，同仁们普遍都有同感:难以准确掌握变压器的剩磁极性和其数值，而无奈地放弃了这种重要思路。从而应对励磁涌流的思路出现了两种，但其效果并不理想。其一，通过对空投变压器的电压合闸相位角进行有效控制，避免产生偏磁，使变压器空投电源时其磁路出现饱和。其二，科学利用物理方法或数学方法对励磁涌流的基本特征进行准确识别，实现继电保护装置在空投变压器电源时自动闭锁。这两条思路都存在共同的致命缺陷。那就是:只有两个电源电压合闸角不产生偏磁，这两个相角就是正弦电压的两个峰点，一旦偏离了这两峰点，那么就会产生偏磁。要能准确控制这两个峰点，就必须这就要求控制合闸环节的所有设备能够确保动作精确而稳定，如果动作时间误差1 毫秒，那么合闸相位角误差就会达到18°之多。另外，三相电压的峰值的相位角相差是120°，要能使三相励磁涌流完全消除，就精确地实现三相电路分时分相合闸。充分利用物理的或数学的方法准确识别励磁涌流的基本特征十分困难，其原因是很多因素影响着励磁涌流的基本特征，例如变压器的电磁参数、合闸相位角等等。

三、正确抑制励磁涌流产生的策略

变压器地带电正常工作时，磁路中的主磁波形与外施电源电压的波形大体一致，都是正弦波。众所周知:磁路中的磁通波形与电源电压波形基本滞后90°，因此我们就可以利用监测电源电压波形而对磁通波形实现有效监测，由此就可以准确地得到剩磁的极性。同理，监测变压器空投接电产生的偏磁也可以如此实现，电源电压的初相角α 在第一和第四象限时所产生的偏磁极性是正，初相角α 在第二和第三象限时产生的偏磁极性是负。因此当可以知道剩磁极性和可以控制偏磁的极性时，只需保证空投电源时偏磁的极性与剩磁的极性相反就可以很好地抑制励磁涌流的产生了。在变压器稳态时与上电时相应的电压u 曲线上的电点在磁通方面大小是相等的，而极性却是相反的。因为抑制励磁涌流的重要条件是保证偏磁极性正好相反于剩磁极性，而不需要抵消完全，因此在合闸角与前次分闸角发生较大偏差时，仅需保证偏磁与剩磁不产生同向相互叠加，整个磁路就不可能产生饱和现象，这就使对断路器操作时间的精度要求得到了大大降低。在这里需要注意的是:变压器断电后，一般情况下在三相磁路中的剩磁不可能衰减和消失，它的极性也更不可能发生改变。只不过当变压器铁心所处的温度高于材料居里点后，那么剩磁就会发生衰减或消失现象，但是这种情况几乎不可出现在电站而已。就算电站发生了这一情况，剩磁消失也是一件大好事，剩磁消失就不可能再发生磁路饱和现象了。抑制在面对电容器空投加载时所产生的充电涌流，同样也要求杜绝在电压过零时加电，必须是在合闸角相接近电容器上次分闸角时加。当电源因故障跳闸，然后连接到总线上的电容器组，除了刚刚输入电容后立即在备用电源备自投装置，保证无功功率和电压等级不断自动切换装置前的准备和行动后的。这不仅节约电容放电设备，确保备用电源的投资基本上没有障碍。

变压器抑制励磁涌流的原理类似于电容器抑制充电涌流的原理，只不过变压器不容许电压发生突变，而电容都属于储能元件，它不容许电流发生突变。当变压器空载加电源或者是变压器的出线发生故障，继电保护设备就会自动切断电路。究其原因就则是变压器的某端绕组在受到骤然增强的外施电压时，其励磁涌流数值发生极大的变化。这种励磁涌流的峰值除了很大外，而且附带的谐波和直流分量的量也很大。这些不良现象都严重影响了电网安以及电器设备的全运行。

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［2］夏勇军，陈宏.110kv 智能变电站的继电保护配置［J］.湖北电力，2010

［3］袁桂华，张瑞芳等.110kv 变电站继电保护整定方案优化［J］.中国造纸，2010