变压器励磁涌流抑制方法及措施探讨

李振东

摘 要：在智能化变电站中，随着电力系统对于设备的智能化水平及可靠性要求越来越高，控制变压器励磁涌流的方法也越来越多，文章对目前较为新型的变压器励磁涌流方法进行对比分析，并对其在智能化变电站中的应用提出相应建议，为广大设计工作者提供参考。

关键词：变压器；励磁涌流；抑制方法

中图分类号：TM407 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）21-0074-01

1 变压器励磁涌流的形成原理

励磁涌流是变压器的核心部件，铁心处于饱和状态时引发和引起的一种现象。在变压器铁心处于不饱和状态时，铁心磁化曲线的斜率很大，这时候励磁电流接近零值。但是一旦变压器铁心出现饱和状态，磁化曲线斜率变小，电流就会随着磁通呈现线性增长的状态，进而最终演变为励磁涌流的现象。

在变电站设计规范中，目前的常用变电站饱和磁通一般设定为1.15～1.4之间，而电力变压器的运行电压不超过额定电压的10%。因此在变电站正常使用过程中，电力变压器一直处于稳定运行状态，变压器的磁通数值都不会超过设计的饱和磁通的数值，而变压器的核心部件铁心也不会达到饱和状态，也就不会引发励磁涌流的现象。例如，最严重的是电压过零时进行合闸操作，假若此时铁心的剩磁，非周期磁通为经过半个周期后，磁通将远大于饱和磁通，则会形成变压器严重饱和的状态，才会导致出现励磁涌流的现象。

2 变压器励磁涌流的破坏性分析以及抑制原理

抑制电力变压器励磁涌流的原理与电容器的充电涌流抑制原理是相似的。首先是电流属于储能元件，变压器不容许电流突变，而电容器则不容许电压突变，因此在两者进行空投电源时都将诱发一个暂态的过程。变压器空载接入电源的时候，或者变压器出线发生故障被继电保护装置切除时，由于变压器某侧绕组感受到外施电压的骤增，进而会产生数值极大的励磁涌流。这种由暂态过度到常态所诱发的励磁涌流，不仅峰值大，还含有极多的谐波及直流分量，会对电网运行及电气设备造成破坏性的影响。因此为了保障发电站、变电站以及输变电线路运行的正常，需要对变压器励磁涌流采取相应的抑制及保护措施。

从以上分析可知，变压器励磁涌流最大的破坏性危害是导致继电保护误动，其次危害是其衍生的电网电压骤降、谐波污染、和应涌流、铁磁谐振过电压等给电网系统运行带来的负面影响。因此近年来抑制励磁涌流的思路，都是从识别励磁涌流的特征着手，通过增加识别励磁涌流的准确率来减少继电保护的误动率。但是实践证明，产生励磁涌流的原因虽然单一，但是要识别励磁涌流的难度很大，无论是物理方法还是数学方法，效果都不太明显。而近年来在智能变电站设计及运行中，采用计算机监测合闸相位角、变压器的电磁参数等识别励磁涌流，取得了较好的效果。

3 变压器励磁涌流的线性特点

电力变压器的励磁涌流有以下几个特点：第一，波形呈现尖顶形状，表明其中含有相当成分的非周期分量和高次谐波分量，其中高次谐波以二次和三次为主，并且随着时间推移，某一相二次谐波含量可能超过基波分量的一半以上。第二，励磁涌流幅值与变压器空载投入的电压初相角直接相关。对于单相变压器来说，当电压过零点投入时，励磁涌流幅值最大。由于三相变压器各相间有120？觷相位差，所以涌流也不尽相同。第三，在最初几个波形中，涌流将出现间断角。第四，涌流衰减的时间常数与变压器阻抗、容量和铁心材料等都相关。

4 变压器励磁涌流抑制方法在智能化变电站中的应用

对于在智能化变电站中，以目前常用的三相电力变压器为例，防止变压器励磁涌流引起差动保护的措施主要有以下几类。

①使用饱和中间变流器来进行励磁涌流的抑制。在进行励磁涌流抑制措施设计时，使用率最多的是采用差动保护，使用饱和中间变流器来进行抑制。差动保护按照躲开最大不平衡电流进行整定时，带速饱和原理的差动保护能够减少非周期分量造成的保护误动，如BCH-2型就是一种增强型速饱和中间变流器的差动保护。例如使用BCH-2型差动保护设计的时候，对于短路线圈匝数的选择就需要进行平衡和设定。一般而言线圈匝数越多，躲避励磁涌流的性能越好。但是往往在发生短路故障的时候，继电器的动作的延时就要增长。因此，要在躲避励磁涌流和短路故障两者之间进行平衡，并且采用变压器空载投运试验来确定线圈的最终匝数。而变流器的灵敏度检验，就应当按照线路内部短路故障时，最小的短路电流来进行检验。如果试验结果无法满足性能要求，则必须选择带有制动特性的差动保护。

②采用二次谐波辨识来进行制动抑制。根据励磁涌流中含有二次谐波的特点，在进行励磁涌流识别及抑制时，可以设置识别二次谐波进行制动的办法。在系统识别中，一旦保护检测到差流中含有二次谐波大于保护的整定值时，谐波辨识制动就会就闭锁保护继电器，防止变压器的励磁涌流引起继电的保护动作。在智能变电站的励磁涌流抑制现场应用时，二次谐波设定值要根据同等电压等级变电站的运行数据和变压器空载合闸试验结果来进行调整。正常是按照变压器躲过各种励磁涌流下的最小二次谐波含量进行整定设置。在一般的220 kV智能变电站设计中，二次谐波制动比设置为（15%，20%）。采用二次谐波辨识来进行制动的差动保护，其设计原理简单，调试简便，灵敏度高，在当前变压器励磁涌流保护中应用较为普遍。但是，二次谐波制动方法也有缺点。在安装有静止无功补偿装置等电容分量比较大的变压器二次保护系统中，其故障暂态电流中也会产生较大的二次谐波，这种类型的二次谐波会对系统辨识造成困扰，致使差动保护动作速度受到影响。由于励磁涌流衰减很慢，保护的动作时间可能较长，这期间就会对设备造成一定的破坏影响。如果在空载合闸之前，变压器已经存在故障的情况，而在合闸后，故障表现为故障电流，而非故障相则为励磁涌流，那如果设计是采用三相或门制动的方案，差动保护必将被闭锁，无法达到制动效果。

③采用间断角鉴别的方法进行励磁涌流抑制。在电力变压器励磁涌流出现的最初几个波形中，励磁涌流将出现平面间断角。而变压器内部故障时流入差动继电器的稳态差电流是正弦波，不会出现间断角。励磁涌流的这个显要特征，成为区别变压器故障电流和励磁涌流的重要应用。采用间断角鉴别励磁涌流的方法，就是利用这个特征来鉴别励磁涌流和故障电流。使用仪器对差电流波形进行检测，验证其是否存在间断角，当间断角大于整定值时，使用差动保护进行系统闭锁。在一般的变电站应用中，间断角制动的保护整定值一般设定为65？觷，在此基础上增加一个反应波宽的辅助判断依据，波宽大于140？觷时也进行闭锁。由于间断角识别是按相闭锁的方法进行识别，因此在电力变压器合闸于内部故障时，能够迅速动作，具有快速联动的特征。而在应用中，相对于大型变压器，一般同时采用二次谐波识别和间断角识别两者相结合的纵差动保护措施，这样就能够起到优势互补的效果，利用间断角识别的动作快速性和二次谐波制动的准确性，采用优化配置方案，就可以正确识别励磁涌流并且进行制动保护。

5 结 语

随着光纤传感技术、光纤通信技术的飞速发展，变压器励磁涌流抑制技术在智能化变电站中的以及电力系统建设中的应用将越发广泛。如何发挥抑制技术的工程优势，以专题研究的方式突破其应用瓶颈规避其问题，将成为励磁研发工作者的艰巨任务。而变电站设计工作者应及时跟进技术革新，将最新的技术成果应用于工程实际，发挥励磁涌流抑制技术的优势，优化智能化变电站的设计及施工过程。

参考文献：

[1] 霍现军.变压器合闸时励磁涌流分析及对策[J].江苏电器，2007，（6）.