海上平臺變壓器勵磁涌流分析及抑制措施

郭明荃 崔勝 吳占友

摘要：針對變壓器勵磁涌流的危害和影響，為增強電力系統整體運行的穩定性和可靠性，對抑制勵磁涌流的方法進行了研究和對比，為工程設計提供了理論基礎和解決措施。

關鍵詞：變壓器;勵磁涌流;抑制

0? ? 引言

海上石油平臺通常遠離陸地，供配電系統相對獨立性很高，具備“孤立電網”的特點。為實現節能減排的目標，目前海上平臺越來越多地采用區域組網方式供電，在區域組網供電方式下，出現了電站單機容量小，而輸出或聯絡變壓器容量相對較大的現象。大容量變壓器在空載合閘時會產生幅值很大的勵磁涌流，直接影響局部單體電站的穩定運行，甚至會造成發電機跳閘停機。

1? ? 抑制變壓器勵磁涌流的新方法及論證試驗

1.1? ? 基于固態晶閘管軟啟動器抑制變壓器勵磁涌流

根據公式（1），傳統的變壓器勵磁涌流抑制方案一般是從控制公式中的電感L、電阻R、合閘初相角α入手，其實通過控制Um也可實現變壓器勵磁涌流的抑制。

該方案基于固態晶閘管軟啟動器可以控制輸出電壓的原理，使用軟啟動器的電壓斜坡功能來為變壓器的原邊緩慢提升電壓，可以使其一開始的三相電勢差最小。通過原邊電壓的線性升高來為變壓器充磁，建立工作磁場。

系統方案具體如下：

根據固態晶閘管對輸出電壓的控制原理，利用固態晶閘管軟啟動器的CPU對固態晶閘管進行相角觸發控制，以降低加在變壓器上的電壓，然后慢慢提高加在變壓器上的電壓和電流來使變壓器充磁，直到變壓器達到額定電壓，可零壓啟動。這種啟動方式可以降低變壓器的啟動電流，避免啟動過流跳閘，也可以減少對變壓器、發電機組等設備的沖擊。

在啟動過程中，將軟啟動器接入大變壓器與配電電源之間，將旁路啟動電源接入軟啟動柜，軟啟動柜以判斷進線柜狀態信號作為軟啟動器是否允許啟動的條件，在進線柜合閘時軟啟動器認為允許啟動，啟動后采用電壓斜坡控制方式進行線性升壓，在啟動完成后軟啟給出旁路合閘信號，軟啟動柜收到旁路合閘信號后給大變壓器正常進線柜合閘指令，變壓器進線柜合閘后，軟啟動柜撤銷給軟啟部分的啟動信號，軟啟部分停止工作，啟動過程完成。

1.2? ? 變壓器軟啟動抑制勵磁涌流的實際應用

渤海某組網改造項目中WHPA-MV-001 6.3 kV母段改造，新增一臺高壓軟啟動柜，改造后的一次系統圖如圖1所示。

設計方案中軟啟動器為一拖四形式，需啟動電機三臺、變壓器一臺。變壓器主要參數如下：容量為6 300 kVA;變比為6.3/35 kV;Z=8%。

系統工作時，變壓器為空載啟動，啟動時會產生較大的勵磁涌流，故使用軟啟動降壓啟動，通過降低一次電壓來降低磁通，從而使啟動時勵磁涌流下降，減少對電網的沖擊，達到使用要求。

由于實際使用時，變壓器內仍有剩余磁通，可能會與啟動時勵磁疊加，導致第一個正弦周期的沖擊電流峰值進一步加大，故對軟啟動空載啟動變壓器進行相關試驗，通過測量相關數據進行比對、檢驗，減少該系統方案的風險。

實際應用試驗步驟：

（1）軟啟動柜接通控制電源后，將模式調整為變壓器啟動模式，設定限流的電壓斜坡，與試驗用變壓器參數相匹配;啟動初始電壓由軟啟廠家確定，初步定為額定電壓的10%左右，即40 V，啟動時間15 s，可根據實際情況進行調整。

（2）相關檢測儀器設備完成設置和調試，電能檢測裝置設定CT變比，數值由現場提供。

（3）軟啟啟動：確認軟啟上方的隔離刀閘開關合閘、跳閘復位，進線側電源合閘輸入，按操作說明步驟順序啟動負載變壓器。

（4）按設定啟動、斜坡升壓，電能檢測裝置、示波器記錄相關電能參數：電流、電壓、頻率、諧波波動等。具體請相關儀器提供方進行指導。

（5）變壓器正常啟動至額定電壓，記錄相關參數完畢后，按軟啟操作流程說明，關斷回路。

（6）重復步驟（3）～（4），記錄多次啟動數據，用于比對。

（7）按變壓器廠家正常調試接線方式，將軟啟進線側電源直接接至試驗用變壓器一次側，相關儀器仍保持待檢測狀態。

（8）不經軟啟，直接啟動變壓器，相關儀器記錄數據參數后，關斷回路。

（9）重復步驟（8），記錄多次啟動數據，用于比對。

（10）對比前后多組數據，主要比對使用軟啟后空載變壓器啟動時勵磁涌流降低程度。

（11）根據實際數據，得出試驗結論。

具體的試驗結果如圖2所示。

通過試驗及實際應用可以看出，軟啟動對于降低變壓器啟動過程中的勵磁涌流具有很好的效果，所以對變壓器采用軟啟動方式，對于限制沖擊電流還是非常有效的，取得了非常好的應用效果。

2? ? 變壓器勵磁涌流抑制方法比較

變壓器勵磁涌流抑制方法綜合對比結果如表1所示。

3? ? 結語

本文對幾種變壓器勵磁涌流抑制技術做了分析對比，其中利用變壓器軟啟動抑制勵磁涌流的方案，利用固態晶閘管軟啟動器的電壓斜坡控制方式，使加在變壓器原邊繞組側的外施電壓由零逐漸升至額定電壓。因外施電壓不是突然增加，繞組磁路中將不產生單極性的偏磁，從而不會導致磁路飽和及勵磁涌流，可實現無擾動的變壓器投運。該方法具有工作原理比較簡單、電力計算快捷、工程實用性好等特點，克服了常規的變壓器空載合閘及其他啟動方式存在的不足，對大變壓器啟動過程中勵磁涌流能夠進行有效治理，具有很好的應用前景。

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收稿日期：2020-09-07

作者簡介：郭明荃（1986—），女，天津人，高級工程師，主要從事海洋工程電氣設計工作。