變壓器剩磁對設備運行的影響、產生原因及消除方法

田寶江 任海冬

(神華國華寧海電廠,浙江寧波 315612)

變壓器剩磁對設備運行的影響、產生原因及消除方法

田寶江 任海冬

(神華國華寧海電廠,浙江寧波 315612)

電力變壓器在做直流試驗后都會產生剩磁,剩磁的多少取決于變壓器繞組通過的直流電流強度和時間。因此,特別是做直流電阻試驗,由于變壓器繞組容量大,充電時間長,電流大,將會產生過多的剩磁。如果不對變壓器所產生的剩磁進行消除,變壓器在送電時會產生很大的涌流,將導致變壓器的繼電保護裝置動作,影響變壓器正常投運。本文分析了變壓器剩磁對設備運行的影響及如何防范等注意事項。

變壓器跳閘 剩磁 直流試驗

1　事件經過

某廠2013年5號機組主變及高廠變完成檢修后，進行了三次送電，前兩次送電，都是5A高廠變差動保護動作，第三次送電，主變高壓側第二套差動保護動作，第三次送電成功。

1.1主變第一次送電

主變第一次送電時，根據動作波形圖顯示:5A高廠變兩套保護裝置檢測到變壓器高壓側一側有電流，低壓側無電流(因四段6KV進線開關未合)，差流等于制動電流，且差流達到比率制動I段的動作值，差動保護動作。

根據保護定值整定原則，對差動保護進行二次諧波閉鎖，采用的是“三取二”的原則，即只有當兩相及兩相以上的二次諧波含量大于閉鎖值15%時，才閉鎖差動保護，根據波形顯示的數據，只有C相二次諧波含量大于閉鎖值，因此二次諧波不閉鎖差動保護，差動保護動作。

1.2主變第二次送電

通過分析，主變第一次送電，由于變壓器勵磁涌流的原因導致差動保護動作。經過檢測絕緣合格后，經行了第二次送電，5A高廠變差動保護動作，動作情況和第一次類似，5A高廠變差動保護二次諧波閉鎖條件不滿足，而5B高廠變差動保護二次諧波閉鎖條件滿足，因此5A高廠變差動保護再次動作。

根據動作波形圖和以上分析，高廠變高壓側電流都基本偏向于時間軸一側，且二次諧波分量較大，符合勵磁涌流的特征。在5號主變送電時，由于變壓器勵磁涌流的存在，導致兩臺高廠變高壓側差流達都達到動作值，但由于反映到5B高廠變的有兩相電流的二次諧波分量較大，而5A高廠變只有一相電流二次諧波分量較大，而我廠GE差動保護二次諧波制動采用“三取二”原則，所以5A高廠變差動保護動作，5B高廠變差動保護未動。

1.3主變第三次送電

本次送電前對5號主變進行消磁，在滿足《定值整定計算導則》的前提下，抬高主變T60差動保護動作門坎值。再次進行主變沖擊，主變送電成功。從波形圖看到，主變高壓側電流相對于第三次送電，沖擊電流有所減少，但A相波形依然出現了畸變。

2　剩磁的產生

2.1鐵磁元件的電磁特性

帶磁性的鐵磁性物質(例如:鐵、鈷、鎳及其合金)放入通電的螺線管內，那么所產生的磁場可以將此材料磁化，使之帶有磁性，但外加磁場去除后，鐵磁性物質的磁性不會馬上消除，仍保有磁性，此即為磁滯現象。將鐵磁性物質存在于一外加磁場時，當外加磁場由零逐漸增大時，鐵磁性物質之感應磁場也隨之增大，而外加磁場增大到某一程度后，無論磁場再如何加大，鐵磁性物質之感應磁場也不再變化，即達到飽和。此時，在逐漸減小外加磁場時，鐵磁性物質之感應磁場亦隨之緩慢減小，其路徑并不沿原磁化曲線返回，而是沿著另一曲線變化，直到外加磁場降為零，而鐵磁性物質仍保有磁性。剩磁是鐵磁材料的磁滯損耗表現，磁滯損耗是鐵磁材料將電能吸收后轉化為磁能的結果，在交流回路中表現為鐵損的一部分(與渦流損耗共同組成變壓器的鐵損)。也就是說，磁滯損耗是能量的轉換的結果，與輸入的功率和時間有關，也就是說在變壓器繞組上輸入的電功率越大，時間越長，剩磁量就越大，反之亦相反。

2.2變壓器的預防性試驗與剩磁的產生

(1)在變壓器檢修后投運前，變壓器需要做直流電阻試驗，電力變壓器在做直流試驗后都會產生剩磁，剩磁的多少取決于變壓器繞組通過的直流電流強度和時間。

(2)傳統的直流電阻測量方法，無論使用電橋法還是采用壓降法，因為電源提供電流數值小的問題，效率低下、耗費工時長。因此出現了變壓器直流電阻的快速測量方法，但試驗電流一般都達到20A，提高了工作效率，但同時變壓器產生的剩磁較多。

2.3變壓器勵磁涌流與變壓器剩磁的關系

(1)將變壓器看作一個強感性負載，即看作一個非線性電感，當合閘時，變壓器上的電壓在變壓器內部也產生一個磁通，當變壓器有剩磁時，合閘后所產生的磁通如果和剩磁極性相同，則變壓器內部的總磁通就會隨著電壓的升高而增加，從而勵磁涌流也會隨之增加，如果合閘后所產生的磁通和剩磁極性相反，則變壓器內部的總磁通就會隨著電壓的升高而減小，從而削弱了勵磁涌流。

(2)勵磁涌流與鐵芯飽和程度關系:變壓器繞組中的勵磁電流和磁通的關系由磁化特性所決定，鐵芯越飽和，產生一定的磁通所需的勵磁電流就愈大。由于在最不利的合閘瞬間，鐵芯中磁通密度最大值可達2Φm，這時鐵芯的飽和情況將非常嚴重，因而勵磁電流的數值大增，勵磁涌流比變壓器的空載電流大100倍左右，在不考慮繞組電阻的情況下，電流的峰值出現在合閘后半周的瞬間。但是，由于繞組具有電阻，這個電流是要隨時間衰減的。對于容量小的變壓器衰減得快，約幾個周波即達到穩定，大型變壓器衰減得慢，全部衰減持續時間可達幾十秒。

2.4由上述可以不難得出結論

由于在#5主變檢修后的直流電阻試驗中，使用了20A的直流電流，在導致#5主變壓器鐵芯上有直流剩磁，由于剩磁的存在，當#5主變投運送電時，產生較大的沖擊電流，造成主變差動保護動作。

3　變壓器剩磁的消除方法

(1)直流消磁法又稱反向沖擊法，是在變壓器高壓繞組兩端正向、反向分別通入直流電流，并不斷減小，以縮小鐵心的磁滯回環，從而達到消除剩磁的目的據相關研究資料表明，一般情況下，反復沖擊4～5次即可以取得較好的效果。現在市場上的自動消磁儀器采用的就是直流消磁原理。

(2)交流消磁法的具體操作是給變壓器用一個較低電壓等級的電壓充電。這樣可以降低鐵心磁通Φ的峰值，從而達到減小勵磁電流的目的。發電機對主變壓器進行零起升壓去除剩磁就屬于交流消磁方法。

[1]胡虔生,胡敏強.電機學[M].北京:中國電力出版社,2005.

[2]萬凱,劉會金.計及剩磁效應得變壓器模型[J].變壓器,2002,39(5): 10-13.