海上平台变压器励磁涌流分析及抑制措施

郭明荃 崔胜 吴占友

摘要：针对变压器励磁涌流的危害和影响，为增强电力系统整体运行的稳定性和可靠性，对抑制励磁涌流的方法进行了研究和对比，为工程设计提供了理论基础和解决措施。

关键词：变压器;励磁涌流;抑制

0    引言

海上石油平台通常远离陆地，供配电系统相对独立性很高，具备“孤立电网”的特点。为实现节能减排的目标，目前海上平台越来越多地采用区域组网方式供电，在区域组网供电方式下，出现了电站单机容量小，而输出或联络变压器容量相对较大的现象。大容量变压器在空载合闸时会产生幅值很大的励磁涌流，直接影响局部单体电站的稳定运行，甚至会造成发电机跳闸停机。

1    抑制变压器励磁涌流的新方法及论证试验

1.1    基于固态晶闸管软启动器抑制变压器励磁涌流

根据公式（1），传统的变压器励磁涌流抑制方案一般是从控制公式中的电感L、电阻R、合闸初相角α入手，其实通过控制Um也可实现变压器励磁涌流的抑制。

该方案基于固态晶闸管软启动器可以控制输出电压的原理，使用软启动器的电压斜坡功能来为变压器的原边缓慢提升电压，可以使其一开始的三相电势差最小。通过原边电压的线性升高来为变压器充磁，建立工作磁场。

系统方案具体如下：

根据固态晶闸管对输出电压的控制原理，利用固态晶闸管软启动器的CPU对固态晶闸管进行相角触发控制，以降低加在变压器上的电压，然后慢慢提高加在变压器上的电压和电流来使变压器充磁，直到变压器达到额定电压，可零压启动。这种启动方式可以降低变压器的启动电流，避免启动过流跳闸，也可以减少对变压器、发电机组等设备的冲击。

在启动过程中，将软启动器接入大变压器与配电电源之间，将旁路启动电源接入软启动柜，软启动柜以判断进线柜状态信号作为软启动器是否允许启动的条件，在进线柜合闸时软启动器认为允许启动，启动后采用电压斜坡控制方式进行线性升压，在启动完成后软启给出旁路合闸信号，软启动柜收到旁路合闸信号后给大变压器正常进线柜合闸指令，变压器进线柜合闸后，软启动柜撤销给软启部分的启动信号，软启部分停止工作，启动过程完成。

1.2    变压器软启动抑制励磁涌流的实际应用

渤海某组网改造项目中WHPA-MV-001 6.3 kV母段改造，新增一台高压软启动柜，改造后的一次系统图如图1所示。

设计方案中软启动器为一拖四形式，需启动电机三台、变压器一台。变压器主要参数如下：容量为6 300 kVA;变比为6.3/35 kV;Z=8%。

系统工作时，变压器为空载启动，启动时会产生较大的励磁涌流，故使用软启动降压启动，通过降低一次电压来降低磁通，从而使启动时励磁涌流下降，减少对电网的冲击，达到使用要求。

由于实际使用时，变压器内仍有剩余磁通，可能会与启动时励磁叠加，导致第一个正弦周期的冲击电流峰值进一步加大，故对软启动空载启动变压器进行相关试验，通过测量相关数据进行比对、检验，减少该系统方案的风险。

实际应用试验步骤：

（1）软启动柜接通控制电源后，将模式调整为变压器启动模式，设定限流的电压斜坡，与试验用变压器参数相匹配;启动初始电压由软启厂家确定，初步定为额定电压的10%左右，即40 V，启动时间15 s，可根据实际情况进行调整。

（2）相关检测仪器设备完成设置和调试，电能检测装置设定CT变比，数值由现场提供。

（3）软启启动：确认软启上方的隔离刀闸开关合闸、跳闸复位，进线侧电源合闸输入，按操作说明步骤顺序启动负载变压器。

（4）按设定启动、斜坡升压，电能检测装置、示波器记录相关电能参数：电流、电压、频率、谐波波动等。具体请相关仪器提供方进行指导。

（5）变压器正常启动至额定电压，记录相关参数完毕后，按软启操作流程说明，关断回路。

（6）重复步骤（3）～（4），記录多次启动数据，用于比对。

（7）按变压器厂家正常调试接线方式，将软启进线侧电源直接接至试验用变压器一次侧，相关仪器仍保持待检测状态。

（8）不经软启，直接启动变压器，相关仪器记录数据参数后，关断回路。

（9）重复步骤（8），记录多次启动数据，用于比对。

（10）对比前后多组数据，主要比对使用软启后空载变压器启动时励磁涌流降低程度。

（11）根据实际数据，得出试验结论。

具体的试验结果如图2所示。

通过试验及实际应用可以看出，软启动对于降低变压器启动过程中的励磁涌流具有很好的效果，所以对变压器采用软启动方式，对于限制冲击电流还是非常有效的，取得了非常好的应用效果。

2    变压器励磁涌流抑制方法比较

变压器励磁涌流抑制方法综合对比结果如表1所示。

3    结语

本文对几种变压器励磁涌流抑制技术做了分析对比，其中利用变压器软启动抑制励磁涌流的方案，利用固态晶闸管软启动器的电压斜坡控制方式，使加在变压器原边绕组侧的外施电压由零逐渐升至额定电压。因外施电压不是突然增加，绕组磁路中将不产生单极性的偏磁，从而不会导致磁路饱和及励磁涌流，可实现无扰动的变压器投运。该方法具有工作原理比较简单、电力计算快捷、工程实用性好等特点，克服了常规的变压器空载合闸及其他启动方式存在的不足，对大变压器启动过程中励磁涌流能够进行有效治理，具有很好的应用前景。

[参考文献]

[1] 兀鹏越，余信，李毅，等.变压器励磁涌流抑制器工程应用及探讨[J].电力自动化设备，2012，32（6）：145-149.

[2] 谢达伟，洪乃刚，傅鹏.一种变压器空载合闸励磁涌流抑制技术的研究[J].电气应用，2007，26（3）：34-38.

收稿日期：2020-09-07

作者简介：郭明荃（1986—），女，天津人，高级工程师，主要从事海洋工程电气设计工作。