变压器励磁涌流问题分析及对策

发表时间：2017-08-31T10:20:20.197Z 来源：《电力设备》2017年第12期 作者： 欧艳梅

[导读] 摘要：电力变压器作为电力系统中极为关键的一种电气设备，承担着传输和分配电能及变换一次侧、二次侧额定电压及相位角的特殊任务

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摘要：电力变压器作为电力系统中极为关键的一种电气设备，承担着传输和分配电能及变换一次侧、二次侧额定电压及相位角的特殊任务，在电力系统中是不可替代的转换枢纽。电力变压器运行安全正常与否，发生故障时能否有完备的保护措施体系，在各种非故障扰动下是否运行可靠，这些都紧密关系到整个电力系统的正常运行。因此针对电力变压器的保护研究一直是电力系统继电保护中备受关注的重要课题。本文在此基础上主要研究了变压器励磁涌流问题及对策。 关键词：变压器；励磁涌流；问题；对策 一、变压器励磁涌流出现的原理

当变压器无负载切入或者区外故障除却后电压复回进程中，差动回路能够出现量值巨大的励磁电流，即就是励磁涌流，在电力系统中，励磁涌流属于电力变压器所独有的电磁现象。当变压器处于正常工作状态下，铁芯不会呈现饱和，相对磁导率也非常的大，变压器的励磁电感跟着就会很高，所以励磁电流数值比较小，普遍的是超不过电力变压器2%～5%的长期允许工作电流。但当变压器无负载切入或者区外故障切去后差动回路电压复回进程中，变压器电压一下猛地突升到工作电压，此阶跃电压的作用会促使变压器形成一个工作磁通使其自身最终可以平稳运行。然而在建立此工作磁通的过渡进程中，该电力变压器铁芯恐怕会出现较强的饱和现象，将形成量值甚大的暂态励磁电流，此种暂态过渡性的励磁电流就是所称的励磁涌流。由上所述可见，励磁涌流的出现由来即是变压器铁芯处于饱和状态所导致。在电力变压器的等值电路模型中，由于与非线性电感元件有相通之处，所以变压器励磁回路可用其来等效代替。变压器及其所在电力系统工作运行规范时，变压器运行于磁通的线性分段，铁芯是呈现不充盈的形态，导磁率相较非常大，此时变压器励磁回路与有铁芯的线圈等同，另外变压器的励磁电感此时会较高，因此在规范运行的时候励磁电流就会非常小的，总的来说超不过变压器长期允许工作电流2%～5%，这个数值不大的励磁电流往往可以忽略不计。变压器出现区外故障时，变压器两端电压会下降，励磁电流变小，它的作用就愈小。但在变压器无负载切入或区外故障除去后电压复回进程中，铁芯易趋向于饱和，相对导磁率约近于1，这时变压器的励磁回路就与一无心线圈无异，随着变压器励磁回路中电感的减小，量值很大的励磁涌流或许就会产生。 二、励磁涌流导致的破坏性影响

励磁涌流的存在产生的破坏性影响较为研究。不但会在变压器空载合闸时出现瞬间电流的短时增大，同时也能导致电流波形出现严重畸变、整个电网的电压也会因此迅速下降，此外，谐波污染也会相应的产生。这些问题的出现终将导致一系列的严峻后果。具体影响表现为：第一，变压器出线端出现短路故障被保护切除时将产生电压突增，引发所有变压器保护误动作，造成全部变压器出线端停电；第二，变压器的综合继电保护器难以正确识别励磁涌流和故障电流的差别，导致综合继电保护器误动，使变压器空投失败；第三，引起电网电压骤降，影响电网中其他电气设备的正常运行；第四，空投时的励磁涌流会通过系统输电线电阻诱发邻近运行中的变压器产生“和应涌流”(SympatheticInrush)，从而导致变压器保护误跳闸，造成更大面积的停电；第五，励磁涌流会导致大量谐波注入电网，对电网中的电能质量造成严重污染；第六，诱发操作过电压，损坏电气设备；第七，数值很大的励磁涌流，会导致变压器、断路器电动力过大受损；第八，励磁涌流中包含的直流分量会引起电流互感器的磁路被过度磁化，进而会大幅降低测量的精度和综合继电保护器的正确动作率。 三、解决励磁涌流问题的相应对策

第一，改善变压器内部结构。变压器内部结构是影响励磁涌流的大小及其导致的后果严重程度的重要因素。所以，变压器制造过程中，在满足相关技术指标的基础上，应该通过改良变压器内部结构的措施，进一步降低励磁涌流及其产生的严峻后果。具体对策体现为：铁芯原材料的选择应充分考虑剩磁量；铁芯磁通密度的工作点可以适量降低；也可以使铁芯面积增加；并且在衡量铁芯夹紧力时应保证其是否足够宽裕能够经受励磁涌流的冲击力；此外绕组匝间及对地的绝缘强度也亟需增强。第二，优化工程设计。在开展工程设计的过程时，对变压器各侧配置的避雷器的选择要多方面考虑，尤其是参数及特性，其主要目的在于保证变压器的主绝缘。断路器的选择标准也是十分关键的，因为只有保证其性能良好，才可以避免出现断开励磁涌流时断口电弧重燃，所以性能良好的断路器配置在变压器高压侧能够有效减少励磁涌流的幅值。此外电流互感器的选择也要充分考虑其励磁特性。第三，将电容器并联到变压器低压侧。根据分析得知，励磁涌流的产生是因为变压器内磁通的铁芯达到饱和所导致的。为此，运用适当的手段阻止绕组内磁通接近饱和值，就能够实现减少或去除励磁涌流的目的。将电容器并联到变压器低压侧的方法就是这样产生的。因为，在这种情况下，变压器低压侧磁通的极性恰好与高压侧磁通是相反的，从而达到避免绕组内磁通出现饱和现象的产生。第四，有效过滤谐波。当启用新设备时，应该充分考虑设置滤波功能的充电保护。因为，在之前的特征分析中，发现励磁涌流中含有数量较多的谐波，包括直流分量、二次、三次谐波，这些都是引发保护误操作的症结所在。如果保护装置具备控制二次谐波制动的功能，就既可以提高充电保护的灵敏度，同时也可以避免保护装置因为二次谐波误动。 结束语

综上，本文阐述励磁涌流产生的机理，进一步分析了励磁涌流出现的特征，并讨论了影响励磁涌流出现的因素，详细论述了励磁涌流的危害，最后提出了一系列消除励磁涌流的解决方案，包括改善变压器内部结构，优化工程设计，将电容器并联到变压器低压侧，有效过滤谐波，以期对变电站实际运行发挥一定的参考价值。 参考文献

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