水利發電廠電力變壓器鐵芯剩磁危害及消除方法

劉英環

（中國電建集團河北工程有限公司，河北 石家莊 050021）

變壓器具有變壓、變流、變換阻抗和隔離電路的作用[1]，鐵芯作為變壓器的主磁路，在運行和試驗過程中會產生剩磁，當變壓器容量較大時，剩磁的危害也會隨之增加。剩磁可能會導致保護誤動，造成變壓器無法投運，同時還可能使后續試驗結果出現異常，造成判斷錯誤。

1 剩磁產生的機理

變壓器鐵芯由鐵芯柱和鐵軛兩部分組成，為了提高導磁性能并減少鐵損，鐵芯一般厚度為0.35 mm～0.5 mm、表面涂有絕緣漆的熱軋或由冷軋硅鋼片疊成[2]。

圖1 鐵磁材料的磁滯回線

磁滯回線中0-a-b為起始磁化曲線，當磁場強度達到一定值時，磁感應強度將趨于飽和。當磁場減小時，磁感應強度B隨磁場強度H的變化偏離原先的起始磁化曲線，B的變化落后于H的變化。當反向磁場減小并再反向時，得到另一支偏離反向起始磁化曲線的曲線e-f-g-b。從磁滯回線中可以看出，B的變化總是滯后于H變化的現象稱為磁滯現象。

2 剩磁產生的原因

2.1 變壓器直流電阻試驗產生剩磁

在繞組飽和時，鐵磁元件經歷的磁狀態為一條類似于圖1中的0-a-b曲線。當測試結束后的電流為零時，鐵磁元件經歷的磁狀態為b-c曲線，從這一現象可以看出當直流電阻測試完成后，變壓器中產生了剩磁。

2.2 空載變壓器拉閘時產生剩磁。

當空載變壓器拉閘時，由于三相電壓不會瞬間同時過零，即斷路器的A、B、C三相分斷的時間不可能選在鐵芯磁通為0的瞬間，因而產生剩磁。但對比直流電阻試驗中剩磁的危害，空載變壓器拉閘產生的剩磁較少，相應危害也較小。

3 剩磁的危害

3.1 對繼電保護裝置的影響

在投運過程中，帶有大量剩磁的變壓器在勵磁涌流的作用下產生的沖擊電流，會引起電壓升高，從而勵磁涌流也隨之增大，變壓器在較大勵磁涌流的沖擊下，可能會引起重瓦斯保護動作跳閘或差動保護動作跳閘。

3.2 對試驗結果的干擾

大型變壓器存在剩磁較大時，會對很多試驗項目產生干擾，甚至使該試驗失去意義。例如：延長直流電阻測試的時間；造成繞組變形試驗波形混亂，波形線條呈鋸齒狀不平滑；對正常的變壓器進行局放試驗時，會產生異常的放電信號；測試電壓比、空載試驗時，結果不準確，甚至超標。

3.3 對一次設備的影響

通電的導線周圍有磁場，而磁場作用于鐵磁物質會使其受力，此力被稱為電動力。可見，變壓器在全壓充電時網側繞組的電流越大，電動力越大，進而導致變壓器振動越大，如果剩磁引起較大勵磁涌流，勵磁涌流產生的電動力對變壓器繞組及其他部件也有損害，如引起部件松動、繞組輕微變形等，形成隱患或缺陷。

3.4 對電網的穩定運行造成影響

當變壓器存在較多剩磁時，其短路故障切除時所產生的電壓突增，誘發變壓器保護誤動，使變壓器各側負荷全部停電。誘發鄰近其他變電站等正在運行的變壓器產生“和應涌流”而誤跳閘，從而導致大面積停電。

4 剩磁消除方法

4.1 直流消磁

直流消磁法又稱反向沖擊法，是指在變壓器高壓繞組兩端正向、反向分別通入直流電流，并使其不斷減小，以縮小鐵芯的磁滯回環，從而達到消除剩磁的目的。根據相關研究資料表明，一般情況下，反復進行4次～5次即可以取得較好效果。

4.2 交流消磁

在變壓器低壓側（三相變壓器分別在UV、VW和UW端）分別施加50 Hz交流電壓，并調節補償電容器，使電源電流減小，將電壓緩慢降至“零”再重新緩慢升高電壓至100 %額定電壓，直到完全消磁。

4.3 選擇矯頑力小的新型軟磁材料

軟磁材料是指具有低矯頑力和高磁導率的磁性材料，有著易磁化，也易退磁的特性。非晶變壓器有著極佳的磁滯特性，變壓器的剩磁問題無疑將會大大改善。

5 案例分析

本文所選擇的案例為某220 kV變電站2號主變擴建工程，變壓器型號為SFSZ11-240000/220，額定容量240 MVA。根據調度指令對變壓器進行沖擊合閘試驗，前3次沖擊試驗順利通過，但沖擊時變壓器聲音較大，第4次沖擊時，變壓器產生差動速斷保護動作，220 kV斷路器跳閘，對跳閘后的變壓器進行檢查，沒有發現異常現象，初步判斷是沒有躲過勵磁涌流，引起保護誤動。

投運工作暫停后，重新對變壓器進行全面檢查和相關試驗。通過檢查，瓦斯繼電器內無氣體、密封性能良好，觀察窗內變壓器油顏色正常，變壓器本體和油枕無滲漏油現象，油溫和油位指示正常。油色譜分析、繞組直流電阻測量、介質損耗測量、繞組變形測量均未發現異常。在差動保護整定時間之外，通過故障錄波分析出存在較大的沖擊電流。

通過前文分析，直流電阻測試是導致剩磁的主要原因是該變壓器直流電阻測試時，選擇的電流值為20 A，同時環境溫度較低，試驗完成不久就進行投運操作，不利于消除自身剩磁。

為了變壓器盡快投運，采用變壓器專用消磁儀進行消磁，消磁結束后重新申請投運，投運順利完成。

6 結語

變壓器試驗或運行中出現的一些異常現象，其中有很大可能都與鐵芯中的剩磁有關。了解變壓器剩磁產生的機理、剩磁對設備運行的影響以及相關防范措施，將對變壓器的安全穩定運行起到很大作用。