管窺抑制變壓器的勵磁涌流

頡子光 張綏彬 韓 琳

(國網陜西省電力公司檢修公司，陜西 西安 710000)

一、分析變壓器的勵磁涌流對電網的危害

筆者主要從以下幾個方面來分析對電網的危害。1、造成變壓器的繼電保護裝置錯誤執行指令，使變壓器運行極為不穩定。2、變壓器在其出線產生短路故障且電路被切斷時，這時電壓就會突然增加不少，當然變壓器的保護裝置就會錯誤執行指令，進而使變壓器因超負荷而造成大面積斷電。3、當變電站中其中一臺變壓器空載加電而產生大量的勵磁涌流時，那么鄰近電站中運行的變壓器產生的和應涌流就會很強大，而這些電站就會發生誤跳閘事故，進而引發大面積停電事故。4、如果勵磁涌流的數值很大，就會造成變壓器以及斷路裝置因為電動力嚴重超負荷而受到嚴重損壞。5、誘發操作使電壓嚴重超負荷造成電氣設備的嚴重損壞。6、在強大的勵磁涌流中，含有的直流分量也較強，這種直流分量會產生嚴重的磁化現象，使電流互感器中的磁路受到磁化，使電流互感器的測量精度受到嚴重影響，最后使繼電保護裝置的正確動作率大大降低。

二、分析勵磁涌流是怎么產生的?

抑制是勵磁涌流抑制器所采取的主流策略，有別于傳統中的躲避措施。通過對大量的理論和實踐操作經驗進行研究后，證實勵磁涌流是可以利用抑制實現削弱甚至消失。深究其原因就是，形成大量勵磁涌流的最根本原因是:在變壓器任一端的繞組突然接入強大的外施電壓時，根據磁鏈守恒定理，那么此繞組在磁路中就會引發單極性的偏磁出現，要是這個偏磁的極性正好相同于變壓器本身的剩磁極性，顯然磁路就會因為剩磁疊加了偏磁而磁飽和現象，進而變壓器繞組的勵磁電抗能力大大降低，最終產生了強大的勵磁涌流。通過大量的理論及實踐發現:通過控制外施電壓合閘相位角而實現對偏磁的極性以及數值很好地控制。因此，要是能夠準確掌握變壓器上剩磁極性的話，完全就可以通過控制電源電壓的相位角，實現對偏磁的極性的控制，輕松使偏磁的極性與剩磁極性相反，從而實現避免產生勵磁涌流。不過，在長期大量的操作實踐中，同仁們普遍都有同感:難以準確掌握變壓器的剩磁極性和其數值，而無奈地放棄了這種重要思路。從而應對勵磁涌流的思路出現了兩種，但其效果并不理想。其一，通過對空投變壓器的電壓合閘相位角進行有效控制，避免產生偏磁，使變壓器空投電源時其磁路出現飽和。其二，科學利用物理方法或數學方法對勵磁涌流的基本特征進行準確識別，實現繼電保護裝置在空投變壓器電源時自動閉鎖。這兩條思路都存在共同的致命缺陷。那就是:只有兩個電源電壓合閘角不產生偏磁，這兩個相角就是正弦電壓的兩個峰點，一旦偏離了這兩峰點，那么就會產生偏磁。要能準確控制這兩個峰點，就必須這就要求控制合閘環節的所有設備能夠確保動作精確而穩定，如果動作時間誤差1 毫秒，那么合閘相位角誤差就會達到18°之多。另外，三相電壓的峰值的相位角相差是120°，要能使三相勵磁涌流完全消除，就精確地實現三相電路分時分相合閘。充分利用物理的或數學的方法準確識別勵磁涌流的基本特征十分困難，其原因是很多因素影響著勵磁涌流的基本特征，例如變壓器的電磁參數、合閘相位角等等。

三、正確抑制勵磁涌流產生的策略

變壓器地帶電正常工作時，磁路中的主磁波形與外施電源電壓的波形大體一致，都是正弦波。眾所周知:磁路中的磁通波形與電源電壓波形基本滯后90°，因此我們就可以利用監測電源電壓波形而對磁通波形實現有效監測，由此就可以準確地得到剩磁的極性。同理，監測變壓器空投接電產生的偏磁也可以如此實現，電源電壓的初相角α 在第一和第四象限時所產生的偏磁極性是正，初相角α 在第二和第三象限時產生的偏磁極性是負。因此當可以知道剩磁極性和可以控制偏磁的極性時，只需保證空投電源時偏磁的極性與剩磁的極性相反就可以很好地抑制勵磁涌流的產生了。在變壓器穩態時與上電時相應的電壓u 曲線上的電點在磁通方面大小是相等的，而極性卻是相反的。因為抑制勵磁涌流的重要條件是保證偏磁極性正好相反于剩磁極性，而不需要抵消完全，因此在合閘角與前次分閘角發生較大偏差時，僅需保證偏磁與剩磁不產生同向相互疊加，整個磁路就不可能產生飽和現象，這就使對斷路器操作時間的精度要求得到了大大降低。在這里需要注意的是:變壓器斷電后，一般情況下在三相磁路中的剩磁不可能衰減和消失，它的極性也更不可能發生改變。只不過當變壓器鐵心所處的溫度高于材料居里點后，那么剩磁就會發生衰減或消失現象，但是這種情況幾乎不可出現在電站而已。就算電站發生了這一情況，剩磁消失也是一件大好事，剩磁消失就不可能再發生磁路飽和現象了。抑制在面對電容器空投加載時所產生的充電涌流，同樣也要求杜絕在電壓過零時加電，必須是在合閘角相接近電容器上次分閘角時加。當電源因故障跳閘，然后連接到總線上的電容器組，除了剛剛輸入電容后立即在備用電源備自投裝置，保證無功功率和電壓等級不斷自動切換裝置前的準備和行動后的。這不僅節約電容放電設備，確保備用電源的投資基本上沒有障礙。

變壓器抑制勵磁涌流的原理類似于電容器抑制充電涌流的原理，只不過變壓器不容許電壓發生突變，而電容都屬于儲能元件，它不容許電流發生突變。當變壓器空載加電源或者是變壓器的出線發生故障，繼電保護設備就會自動切斷電路。究其原因就則是變壓器的某端繞組在受到驟然增強的外施電壓時，其勵磁涌流數值發生極大的變化。這種勵磁涌流的峰值除了很大外，而且附帶的諧波和直流分量的量也很大。這些不良現象都嚴重影響了電網安以及電器設備的全運行。

［1］王維儉.電氣主設備繼電保護原理與運行［M］.北京:中國電力出版社，1996

［2］夏勇軍，陳宏.110kv 智能變電站的繼電保護配置［J］.湖北電力，2010

［3］袁桂華，張瑞芳等.110kv 變電站繼電保護整定方案優化［J］.中國造紙，2010