變壓器勵(lì)磁涌流問(wèn)題分析及對(duì)策

胡志勇

摘 要：本文將闡釋勵(lì)磁涌流的內(nèi)涵，解析其產(chǎn)生機(jī)理及主要特征，并探究勵(lì)磁涌流的破壞性影響，針對(duì)其問(wèn)題提出相應(yīng)的對(duì)策與措施，有效地解決勵(lì)磁涌流所導(dǎo)致的一系列問(wèn)題，為電網(wǎng)運(yùn)行提供安全保障。

關(guān)鍵詞：勵(lì)磁涌流；變壓器；破壞性影響；解決措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.020

0 引言

電力變壓器是電網(wǎng)系統(tǒng)中重要的傳能變壓設(shè)備，是建設(shè)變電站、發(fā)電廠的核心。由于勵(lì)磁涌流的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了其保護(hù)動(dòng)作的可靠性。究其原因，在于勵(lì)磁涌流與內(nèi)部故障電流相似，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)的錯(cuò)誤識(shí)別，進(jìn)而實(shí)施了誤動(dòng)作。為此，正確識(shí)別變壓器勵(lì)磁涌流問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)變壓器保護(hù)動(dòng)作正確率提高的根本。

1 勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理及特征

1.1 勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理

勵(lì)磁涌流的出現(xiàn)是由于變壓器鐵芯飽和而導(dǎo)致的。如果變壓器處于正常運(yùn)行狀態(tài)，那么鐵芯也未出現(xiàn)飽和，或者因?yàn)橥獠抗收袭a(chǎn)生而導(dǎo)致外部電壓的下降，這兩種情況都不會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流現(xiàn)象或者勵(lì)磁涌流很小（僅占變壓器額定電流的3%至6%，甚至更低。）。反之，如果變壓器空載投入，或者當(dāng)外部故障解除電壓處于恢復(fù)階段時(shí)，鐵芯磁通將進(jìn)入飽和狀態(tài)，由于鐵芯材料本身具有非線(xiàn)性特征，所以會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)烈的勵(lì)磁電流的出現(xiàn)，峰值將會(huì)是額定電流的8至10倍，如遇嚴(yán)重情況，甚至可達(dá)到10倍至20倍之多，這種電流被稱(chēng)之為勵(lì)磁涌流，實(shí)際是變壓器出現(xiàn)的電磁暫態(tài)現(xiàn)象，這是一個(gè)過(guò)渡性的進(jìn)程。

1.2 勵(lì)磁涌流的特征

勵(lì)磁涌流與變壓器以及其運(yùn)行環(huán)境具有密切的關(guān)系，為此只有切實(shí)解決其呈現(xiàn)的特征，才能夠明確其引起的問(wèn)題原因所在，為解決其導(dǎo)致的問(wèn)題提供依據(jù)，從而保證電網(wǎng)的正常、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)。

勵(lì)磁涌流呈現(xiàn)的特征具體表現(xiàn)在4個(gè)方面。第一，勵(lì)磁涌流與短路電流十分相似，因?yàn)樗ǔ?huì)是變壓器額定電流的6-8倍；第二，勵(lì)磁涌流含有大量的非周期分量和諧波分量，包括高次諧波和二次諧波，所以其變化的波形會(huì)呈現(xiàn)為尖頂波；第三，鐵芯的飽和程度與勵(lì)磁涌流的衰減常數(shù)存在著密切的關(guān)聯(lián)，鐵芯飽和程度越高，電抗將越低，進(jìn)而導(dǎo)致快速衰減現(xiàn)象的出現(xiàn)。為此，在最初的瞬時(shí)衰減速度非常快，隨后將出現(xiàn)緩慢降低的態(tài)勢(shì)；第四，通常情況下，如果變壓器容量的大小也是影響衰減持續(xù)時(shí)間的重要因素。如果變壓器的容量較小，其電阻則較大、電抗較小的特征，那么衰減的時(shí)間也會(huì)較短，反之，容量大的變壓器則衰減持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。但與短路電流相比，其衰減速度還是要慢一些。

2 勵(lì)磁涌流導(dǎo)致的破壞性影響

勵(lì)磁涌流的存在產(chǎn)生的破壞性影響較為研究。不但會(huì)在變壓器空載合閘時(shí)出現(xiàn)瞬間電流的短時(shí)增大，同時(shí)也能導(dǎo)致電流波形出現(xiàn)嚴(yán)重畸變、整個(gè)電網(wǎng)的電壓也會(huì)因此迅速下降，此外，諧波污染也會(huì)相應(yīng)的產(chǎn)生。這些問(wèn)題的出現(xiàn)終將導(dǎo)致一系列的嚴(yán)峻后果。具體影響表現(xiàn)為：

第一，引發(fā)繼電保護(hù)誤動(dòng)作。因?yàn)樽儔浩髟诳蛰d合閘時(shí)，會(huì)對(duì)過(guò)流保護(hù)產(chǎn)生誤動(dòng)作，從而導(dǎo)致變壓器無(wú)法成功投運(yùn)。此外，由于保護(hù)誤動(dòng)被誘發(fā)，又將引起變壓器各側(cè)負(fù)荷電源切斷，最終停電。

第二，導(dǎo)致和應(yīng)涌流現(xiàn)象出現(xiàn)。由于變壓器因短路問(wèn)題切除時(shí)，誘發(fā)鄰近另外一個(gè)或多個(gè)變壓器（或發(fā)電機(jī)）出現(xiàn)保護(hù)裝置誤動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)大面積停電。

第三，產(chǎn)生大量的諧波污染。由于很多高次諧波存在于勵(lì)磁涌流之中，所以當(dāng)勵(lì)磁涌流產(chǎn)生時(shí)，必然會(huì)伴隨大量諧波出現(xiàn)，所以電網(wǎng)電能質(zhì)量會(huì)受到較為嚴(yán)重的諧波污染，所以電能質(zhì)量也因此下降。

第四，損壞變壓器及斷路器。因?yàn)閯?lì)磁涌流過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電動(dòng)力，從而引發(fā)對(duì)系統(tǒng)的強(qiáng)烈沖擊，變壓器和斷路器由于超出承受能力，所以會(huì)產(chǎn)生一定的損害。

第五，影響繼電保護(hù)裝置的精度。由于勵(lì)磁涌流直流分量的出現(xiàn)必然會(huì)導(dǎo)致TA磁路出現(xiàn)過(guò)量磁化，所以TA精度受到嚴(yán)重影響，發(fā)生驟降，進(jìn)而導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置精度的下降。

3 解決勵(lì)磁涌流問(wèn)題的相應(yīng)對(duì)策

（1）改善變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)。變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)是影響勵(lì)磁涌流的大小及其導(dǎo)致的后果嚴(yán)重程度的重要因素。所以，變壓器制造過(guò)程中，在滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)該通過(guò)改良變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的措施，進(jìn)一步降低勵(lì)磁涌流及其產(chǎn)生的嚴(yán)峻后果。具體對(duì)策體現(xiàn)為：鐵芯原材料的選擇應(yīng)充分考慮剩磁量；鐵芯磁通密度的工作點(diǎn)可以適量降低；也可以使鐵芯面積增加；并且在衡量鐵芯夾緊力時(shí)應(yīng)保證其是否足夠?qū)捲Ｄ軌蚪?jīng)受勵(lì)磁涌流的沖擊力；此外繞組匝間及對(duì)地的絕緣強(qiáng)度也亟需增強(qiáng)。

（2）優(yōu)化工程設(shè)計(jì)。在開(kāi)展工程設(shè)計(jì)的過(guò)程時(shí)，對(duì)變壓器各側(cè)配置的避雷器的選擇要多方面考慮，尤其是參數(shù)及特性，其主要目的在于保證變壓器的主絕緣。斷路器的選擇標(biāo)準(zhǔn)也是十分關(guān)鍵的，因?yàn)橹挥斜ＷC其性能良好，才可以避免出現(xiàn)斷開(kāi)勵(lì)磁涌流時(shí)斷口電弧重燃，所以性能良好的斷路器配置在變壓器高壓側(cè)能夠有效減少勵(lì)磁涌流的幅值。此外電流互感器的選擇也要充分考慮其勵(lì)磁特性。

（3）將電容器并聯(lián)到變壓器低壓側(cè)。根據(jù)分析得知，勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生是因?yàn)樽儔浩鲀?nèi)磁通的鐵芯達(dá)到飽和所導(dǎo)致的。為此，運(yùn)用適當(dāng)?shù)氖侄巫柚估@組內(nèi)磁通接近飽和值，就能夠?qū)崿F(xiàn)減少或去除勵(lì)磁涌流的目的。將電容器并聯(lián)到變壓器低壓側(cè)的方法就是這樣產(chǎn)生的。因?yàn)椋谶@種情況下，變壓器低壓側(cè)磁通的極性恰好與高壓側(cè)磁通是相反的，從而達(dá)到避免繞組內(nèi)磁通出現(xiàn)飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生。

（4）有效過(guò)濾諧波。當(dāng)啟用新設(shè)備時(shí)，應(yīng)該充分考慮設(shè)置濾波功能的充電保護(hù)。因?yàn)椋谥暗奶卣鞣治鲋校l(fā)現(xiàn)勵(lì)磁涌流中含有數(shù)量較多的諧波，包括直流分量、二次、三次諧波，這些都是引發(fā)保護(hù)誤操作的癥結(jié)所在。如果保護(hù)裝置具備控制二次諧波制動(dòng)的功能，就既可以提高充電保護(hù)的靈敏度，同時(shí)也可以避免保護(hù)裝置因?yàn)槎沃C波誤動(dòng)。

4 結(jié)論

本文闡述勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的機(jī)理，進(jìn)一步分析了勵(lì)磁涌流出現(xiàn)的特征，并討論了影響勵(lì)磁涌流出現(xiàn)的因素，詳細(xì)論述了勵(lì)磁涌流的危害，最后提出了一系列消除勵(lì)磁涌流的解決方案，包括改善變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，優(yōu)化工程設(shè)計(jì)，將電容器并聯(lián)到變壓器低壓側(cè)，有效過(guò)濾諧波，以期對(duì)變電站實(shí)際運(yùn)行發(fā)揮一定的參考價(jià)值。

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