變壓器勵磁涌流問題分析及對策

胡志勇

摘 要：本文將闡釋勵磁涌流的內涵，解析其產生機理及主要特征，并探究勵磁涌流的破壞性影響，針對其問題提出相應的對策與措施，有效地解決勵磁涌流所導致的一系列問題，為電網運行提供安全保障。

關鍵詞：勵磁涌流；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

電力變壓器是電網系統(tǒng)中重要的傳能變壓設備，是建設變電站、發(fā)電廠的核心。由于勵磁涌流的出現，嚴重影響了其保護動作的可靠性。究其原因，在于勵磁涌流與內部故障電流相似，導致差動保護的錯誤識別，進而實施了誤動作。為此，正確識別變壓器勵磁涌流問題，是實現變壓器保護動作正確率提高的根本。

1 勵磁涌流的產生機理及特征

1.1 勵磁涌流的產生機理

勵磁涌流的出現是由于變壓器鐵芯飽和而導致的。如果變壓器處于正常運行狀態(tài)，那么鐵芯也未出現飽和，或者因為外部故障產生而導致外部電壓的下降，這兩種情況都不會出現勵磁涌流現象或者勵磁涌流很小（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，或者當外部故障解除電壓處于恢復階段時，鐵芯磁通將進入飽和狀態(tài)，由于鐵芯材料本身具有非線性特征，所以會導致強烈的勵磁電流的出現，峰值將會是額定電流的8至10倍，如遇嚴重情況，甚至可達到10倍至20倍之多，這種電流被稱之為勵磁涌流，實際是變壓器出現的電磁暫態(tài)現象，這是一個過渡性的進程。

1.2 勵磁涌流的特征

勵磁涌流與變壓器以及其運行環(huán)境具有密切的關系，為此只有切實解決其呈現的特征，才能夠明確其引起的問題原因所在，為解決其導致的問題提供依據，從而保證電網的正常、可靠運轉。

勵磁涌流呈現的特征具體表現在4個方面。第一，勵磁涌流與短路電流十分相似，因為它通常會是變壓器額定電流的6-8倍；第二，勵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呈現為尖頂波；第三，鐵芯的飽和程度與勵磁涌流的衰減常數存在著密切的關聯，鐵芯飽和程度越高，電抗將越低，進而導致快速衰減現象的出現。為此，在最初的瞬時衰減速度非常快，隨后將出現緩慢降低的態(tài)勢；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，那么衰減的時間也會較短，反之，容量大的變壓器則衰減持續(xù)時間較長。但與短路電流相比，其衰減速度還是要慢一些。

2 勵磁涌流導致的破壞性影響

勵磁涌流的存在產生的破壞性影響較為研究。不但會在變壓器空載合閘時出現瞬間電流的短時增大，同時也能導致電流波形出現嚴重畸變、整個電網的電壓也會因此迅速下降，此外，諧波污染也會相應的產生。這些問題的出現終將導致一系列的嚴峻后果。具體影響表現為：

第一，引發(fā)繼電保護誤動作。因為變壓器在空載合閘時，會對過流保護產生誤動作，從而導致變壓器無法成功投運。此外，由于保護誤動被誘發(fā)，又將引起變壓器各側負荷電源切斷，最終停電。

第二，導致和應涌流現象出現。由于變壓器因短路問題切除時，誘發(fā)鄰近另外一個或多個變壓器（或發(fā)電機）出現保護裝置誤動，進而引發(fā)大面積停電。

第三，產生大量的諧波污染。由于很多高次諧波存在于勵磁涌流之中，所以當勵磁涌流產生時，必然會伴隨大量諧波出現，所以電網電能質量會受到較為嚴重的諧波污染，所以電能質量也因此下降。

第四，損壞變壓器及斷路器。因為勵磁涌流過大，會產生較強的電動力，從而引發(fā)對系統(tǒng)的強烈沖擊，變壓器和斷路器由于超出承受能力，所以會產生一定的損害。

第五，影響繼電保護裝置的精度。由于勵磁涌流直流分量的出現必然會導致TA磁路出現過量磁化，所以TA精度受到嚴重影響，發(fā)生驟降，進而導致繼電保護裝置精度的下降。

3 解決勵磁涌流問題的相應對策

（1）改善變壓器內部結構。變壓器內部結構是影響勵磁涌流的大小及其導致的后果嚴重程度的重要因素。所以，變壓器制造過程中，在滿足相關技術指標的基礎上，應該通過改良變壓器內部結構的措施，進一步降低勵磁涌流及其產生的嚴峻后果。具體對策體現為：鐵芯原材料的選擇應充分考慮剩磁量；鐵芯磁通密度的工作點可以適量降低；也可以使鐵芯面積增加；并且在衡量鐵芯夾緊力時應保證其是否足夠寬裕能夠經受勵磁涌流的沖擊力；此外繞組匝間及對地的絕緣強度也亟需增強。

（2）優(yōu)化工程設計。在開展工程設計的過程時，對變壓器各側配置的避雷器的選擇要多方面考慮，尤其是參數及特性，其主要目的在于保證變壓器的主絕緣。斷路器的選擇標準也是十分關鍵的，因為只有保證其性能良好，才可以避免出現斷開勵磁涌流時斷口電弧重燃，所以性能良好的斷路器配置在變壓器高壓側能夠有效減少勵磁涌流的幅值。此外電流互感器的選擇也要充分考慮其勵磁特性。

（3）將電容器并聯到變壓器低壓側。根據分析得知，勵磁涌流的產生是因為變壓器內磁通的鐵芯達到飽和所導致的。為此，運用適當的手段阻止繞組內磁通接近飽和值，就能夠實現減少或去除勵磁涌流的目的。將電容器并聯到變壓器低壓側的方法就是這樣產生的。因為，在這種情況下，變壓器低壓側磁通的極性恰好與高壓側磁通是相反的，從而達到避免繞組內磁通出現飽和現象的產生。

（4）有效過濾諧波。當啟用新設備時，應該充分考慮設置濾波功能的充電保護。因為，在之前的特征分析中，發(fā)現勵磁涌流中含有數量較多的諧波，包括直流分量、二次、三次諧波，這些都是引發(fā)保護誤操作的癥結所在。如果保護裝置具備控制二次諧波制動的功能，就既可以提高充電保護的靈敏度，同時也可以避免保護裝置因為二次諧波誤動。

4 結論

本文闡述勵磁涌流產生的機理，進一步分析了勵磁涌流出現的特征，并討論了影響勵磁涌流出現的因素，詳細論述了勵磁涌流的危害，最后提出了一系列消除勵磁涌流的解決方案，包括改善變壓器內部結構，優(yōu)化工程設計，將電容器并聯到變壓器低壓側，有效過濾諧波，以期對變電站實際運行發(fā)揮一定的參考價值。

參考文獻：

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