變壓器勵磁涌流的危害與抑制方法

游 旺

(深圳供電局有限公司，廣東 深圳518000)

1 變壓器勵磁涌流的危害

變壓器勵磁涌流的危害主要在于當變壓器運行電壓超過額定電壓的10%時，會使變壓器的鐵芯飽和，而因為飽和產生的漏磁將使箱殼等金屬構件渦流損耗增大、鐵損增大，由此造成鐵芯溫度升高，同時還將使漏磁通增強。靠近鐵芯的繞組導線、油箱壁以及其他的金屬構件產生渦流損耗，使變壓器過熱，絕緣老化，影響變壓器壽命，當勵磁涌流嚴重時可能會造周圍絕緣介質的損傷，甚至燒毀變壓器。

除了變壓器本身的損害外，勵磁涌流還將誘發附近的其他電站正在運行的變壓器產生“和應涌流”現象而誤跳閘，進而造成大面積的停電。勵磁涌流還會對電能質量產生影響，變壓器勵磁涌流中的大量諧波對電網系統中的電能質量造成嚴重污染。

2 變壓器勵磁涌流產生的原因

當空載變壓器原邊線圈接通電源時，這時流入的電流就是勵磁電流，也稱為激磁電流，勵磁電流的大小與漏磁、線圈直流電阻成正比例關系。如果忽略這兩個因素，則U0=E0，其中U0是電源電壓，E0是線圈自感電勢，此時的激磁電流為零。但是，由于實際上線圈電阻雖然很小，漏磁也很小，畢竟不為零，當U0稍微大于E0時，這個差值就造成了激磁電流不是零。變壓器是根據電磁感應原理制成的一種電器設備，把電能轉化為磁能，然后在把磁能轉化為電能，是一個能量不斷轉化的過程，因此，需要建立一定的磁場，此時變壓器繞組中就會產生勵磁電流，變壓器鐵芯越飽和，則產生的勵磁電流就越大，最大峰值甚至可達額定電流的6～8 倍。

對于民用小型號小功率變壓器來說，一個40 W 的6 燈電子管收音機變壓器空載時的電流只有20 多個mA。對于滿負荷的約200 mA 來說只占1/10 左右。當變壓器次級帶負載時，激磁電流仍然存在，還是原來那么大，初級的總電流等于激磁電流加上次級折算到初級的電流。只要初級接通電源，不論空載還是帶負荷，勵磁電路總是存在的。

空載時磁通的計算:設電源電壓為正弦電壓則:

當電源內阻抗為零時，同時忽略變壓器的漏抗，此時令變壓器繞匝數為N=1，則:

C由t=0 時的θr決定，則:

3 勵磁涌流的識別

以南瑞繼保RCS-978 主變保護為例。

3.1 諧波含量識別

勵磁涌流時，波形中包含大師的高次諧波分量，主要以二次、三次諧波為主。

其中I2nd、I3rd分別為每相差動電流中的二次和三次諧波，I1st為對應相的差流基波，K2xb、K3xb分別為二次諧波和三次諧波制動系數整定值。一般整定為0．15。

3.2 波形畸變識別

故障時，差流基本上是工頻正弦波。而勵磁涌流時，有大量的諧波分量存在，波形發生畸變，間斷，不對稱。利用算法識別出這種畸變，即可識別出勵磁涌流。故障時，有如下表達式成立:

其中S是差動電流的全周積分值，S+是“差動電流的瞬時值+差動電流半周前的瞬時值”的全周積分值，Kb是某一固定常數，St是門檻定值。

裝置設有“涌流閉鎖方式控制字”供用戶選擇差動保護涌流閉鎖原理。當“涌流閉鎖方式控制字”為“0”時，裝置利用諧波原理識別涌流;當“涌流閉鎖方式控制字”為“1”時，裝置利用波形判別原理識別涌流。

4 抑制方法

4.1 控制三相開關的合閘速斷

根據合閘瞬間外施交流電壓的峰值達到最大值，但是變壓器不會產生勵磁涌流這一特點，因此，控制三相開關合閘的角度能夠抑制勵磁電流。即當變壓器內部沒有剩磁時，立即在施加電壓的峰值處閉合閘，也就是在合閘角為90°時合閘，此時變壓器內產生的磁通接近為零，相應的勵磁涌流也就很小。本文選取了國內某變電站作為觀察樣本，對三項操作分合閘的效果做了對比，具體如表1 所示。

表1 三項操作分合閘的效果對比表

4.2 內部插入接地電阻

變壓器空載在合閘時由于三相勵磁涌流存在不平衡，可以在三相變壓器的中性點處接入一個接地的電阻，來承受這一不平衡的電流，達到使變壓器的勵磁涌流衰減的目的。這個接地電阻還能夠有效減弱變壓器鐵芯上的電壓，從而阻止鐵芯飽和。這種方法一般需要和第一種方法一起使用，能夠有效地把勵磁涌流的幅值控制到40%左右。

4.3 改變繞組的分布

當變壓器在產生勵磁涌流時，鐵芯處在飽和的狀態，這時鐵芯的磁導率接近于真空中的狀態，此時變壓器的原邊相當于一個空心的線圈，可以看成作鐵芯從繞組中移出去，其磁通線向外延伸，到達了鐵芯以外的區域。基于這一現象，可將變壓器原邊的繞組從內部轉移至外部，由于空心線圈的電感同截面積成正比例關系，則截面積相應的增大了很多，但是勵磁涌流同空心電感成反比例關系，因而勵磁涌流將得到一定的抑制。通過上面的分析，可以采用改變變壓器原邊或者次邊繞組的分布這一方法，來增加涌流時的等效電感達到抑制勵磁涌流的效果。

5 案例分析

誤動案例，如圖1 所示，勵磁涌流波形。

通過保護廠家研發人員的交流，空充三相變壓器由勵磁涌流導致的誤動中，大部分是由于B 相電流中二次諧波含量較小，未能閉鎖保護所致，(為什么B 相的概率較大，可能和主變鐵芯的結構有關)。

三相變壓器的勵磁涌流波形特征主要與以下因素有關:①三繞組的接線方式、三相鐵芯型式。②系統電壓、系統阻抗大小及合閘初相角。③剩磁磁通的大小和方向，飽和磁通的大小。④鐵芯材質、磁滯回線和局部磁滯環等。

圖1 勵磁涌流波形

6 結語

變壓器的穩定運行是保障供電系統穩定供電的一個重要環節，由于勵磁涌流的存在，對于變壓器正常運行產生了威脅，雖然在實際運行中很難完全避免勵磁涌流的產生，但是采取一些措施能夠有效地抑制勵磁涌流，減少其造成的危害。通過本文的分析，提出了三個抑制勵磁涌流的措施，并進行了實例的對比，得到的結果效果很明顯。因此，本文中提供的建議，在實際的工作中可以借鑒，以保障變壓器及其原件的安全。

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