变压器试验后剩磁的消除问题的思考与研究

卢宁　王洋

摘要 ：本文主要就变压器试验后剩磁产生的原因及消除剩磁的方法。大型变压器在预防性后，由于试验设备使用不当，或试验顺序不正确，会在变压器铁芯内造成大量剩磁的存在，给变压器其他试验及倒送电造成冲击影响。本文谈了谈自己的观点，希望对同行工作人员有所帮助。

关键词 ：变压器冲击 励磁涌流 预防性试验 剩磁 消磁

一、前言

在变压器试验工作进行的过程中，剩磁的出现极大的干扰了变压器所需要进行的其他实验工作，所以，一定要分析出变压器试验剩磁出现的原因，进而提出消除的方法。

二、直流电阻测试产生剩磁的原因

由于电力变压器绕组的电感很大为数百亨至数千亨，而直流电阻很小最小至数百微欧，用稳压电源给大型变压器绕组充电达到稳定的时间可能长达数十分钟至数小时，为解决稳压电源给绕组充电的稳定时间过于长的问题，现在普遍使用的是采用稳压稳流电源充电的方法。此次变压器直阻测量使用的测量仪器是某公司生产的BZC-3391（带助磁）恒流式测试仪。该仪器可根据电源负载的大小，来决定稳压稳流电源是工作于稳压状态还是稳流状态，电源只能工作于其中一种状态，此次测试选择的是稳流状态下。其工作原理如下：RN为电流取样电阻，E为稳压稳流电源的最大稳压电压，I为仪器设定的稳流电流，开关K合上后，稳压稳流电源刚开始工作于稳压状态，回路电流逐步上升，当充电电流达到仪器设定的稳流电流时，稳压稳流电源进入稳流状态。E越高充电速度越快，I越大铁芯磁通密度饱和程度越高，可有效降低电感L以缩短稳定的时间、I越大测量信号Vx越大，数据更准确稳定，为了节省测试时间，获得更准确的测试数据，试验中，选用的是恒流模式，稳定电流选择的是10A。

快速准确测量五柱式、低压d联接大容量变压器低压绕组直流电阻测量难度相对较大，依据目前解决该难点均是采用大电流法或助磁法来解决，其原理均是使铁心磁通密达到饱和以达到快速稳定的的方法。

为了更好的达到助磁效果，实际采用的高低压绕组串联助磁方法，其高低压绕组的电流方向一致，由于高压绕组匝数是低压绕组匝数若干倍，因此较小的励磁电流即可使铁心达到饱和，l0A的励磁电流即可满足所有容量变压器的要求（五柱式、低压d联接大容量变压器低压绕组低压绕组采用四端法测试时，达到铁心饱和的励磁电流需几十安以上）。

三、变压器励磁涌流与变压器剩磁的关系

主变铁芯可能出现大幅度饱和，而较长的测试时间（低压绕组测试时间约为每相30min）会造成较大的剩磁存在。变压器励磁涌流与变压器剩磁的关系：

1、将变压器看作一个强感性负载，即看作一个非线性电感，当合闸时，变压器上的电压在变压器内部也产生一个磁通，当变压器有剩磁时，合闸后所产生的磁通如果和剩磁极性相同，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而增加，从而励磁涌流也会随之增加，如果合闸后所产生的磁通和剩磁极性相反，則变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而减小，从而削弱了励磁涌流（此时正如上文所说的，充电也是对剩磁去除的过程）

2、励磁涌流与铁芯饱和程度关系：变压器绕组中的励磁电流和磁通的关系由磁化特性所决定，铁芯越饱和，产生一定的磁通所需的励磁电流就愈大。由于在最不利的合闸瞬间，这时铁芯的饱和情况将非常严重，因而励磁电流的数值大增，励磁涌流比变压器的空载电流大100倍左右，在不考虑绕组电阻的情况下，电流的峰值出现在合闸后半周的瞬间。但是，由于绕组具有电阻，这个电流是要随时间衰减的。对于容量小的变压器衰减得快，约几个周波即达到稳定，大型变压器衰减得慢，全部衰减持续时间可达几十秒。

3、励磁涌流的大小与合闸瞬间电压的关系（理论推导与计算不在赘述）：在交流电路中，磁通Φ总是落后电压U90°相位角。如果在合闸瞬间，电压正好达到最大值时，则磁通的瞬间值正好为零，即在铁芯里一开始就建立了稳态磁通，变压器不会产生励磁涌流；当合闸瞬间电压为零值时，它在铁芯中所建立的磁通为最大值（-Φm）。可是，由于铁芯中的磁通不能突变，既然合闸前铁芯中没有磁通，这一瞬间仍要保持磁通为零。因此，在铁芯中就出现一个非周期分量的磁通Φfz，其幅值为Φm。这时，铁芯里的总磁通Φ应看成两个磁通相加而成。铁芯中磁通开始为零，到1/2T时，两个磁通相加达最大值，Φ波形的最大值是Φ1波形幅值的两倍。因此，在电压瞬时值为零时合闸情况励磁涌流最严重。

4、变压器在正常运行时，磁路设计已接近饱和，工作在A点，在最不利的空载合闸角时，工作在B点，磁路已非常饱和，激磁电流可达额定电流的6倍左右，这一数值是可以接受的，在设计中已给予了考虑，一般不会有什么问题。如果发生剩磁影响，变压器的磁路可能工作在C点（这取决于剩磁的大小），变压器的激磁电流将大于允许的最大值，保护将动作切除变压器。因变压器三相互差1200，变压器的铁芯剩磁达足以影响变压器正常工作时，变压器空载合闸瞬间，主变三相电压的幅值无法控制，合闸瞬间电压为零的一相励磁涌流最大，对变压器产生的冲击越严重。对于三相变压器可能只是瓦斯保护动作或过电流保护动作，对于由三台单相变压器组成的三相变压器组，剩磁影响出现的结果就是涌流大的一相瓦斯保护或过电流保护动作。

四、剩磁影响分析

电机组作为试验电源（简称电源车）。它利用三相异步电动机拖动中频同步发电机输出电压，通过中间升压变压器升压，向被试变压器低压侧施加电压，在变压器高、中压侧感应出试验电压。被试变压器在中频电压作用下呈现为容性负荷，现场试验时，要采用电抗器补偿的方法，使电流略呈感性，保证试验电压的稳定。

1、剩磁导致变压器过电压

变压器中的电感、电容属储能元件，是过电压形成的内在因素。进行变压器局部放电试验时，要用250Hz中频发。因此对变压器做局部放电试验时，如果变压器铁心中残存剩磁，将有可能在变压器高压侧导致异常过电压，损伤变压器的主、纵绝缘。

实例中主变小修进行直流电阻测试，试验仪器是LZ-C变压器直流电阻测试仪，变压器高压侧为星形接法，加20A的电流，测试时间约3min左右，低压侧为三角形接法，加50A的电流，测试时间30min左右，其他试验项目电流很小，可以忽略不计。剩磁主要来源于直流电阻的测试。

6、减少剩磁影响的措施

（一）减小直流电阻试验电流值及试验时间

在变压器试验时应尽量降低加载的电流值，可考虑使用助磁法进行测量，把高、低压绕组串联起来，通电流测量，由于高压绕组的匝数远比低压绕组匝数多，借助于高压绕组的励磁安匝数，用较小的电流就可使铁芯饱和，从而使绕组电感大为减小，以缩短测试时间，而达到快速测试的目的，从而尽量减小铁芯中的剩磁。

（二）控制电压合闸相位角

由铁芯剩磁引起的励磁涌流是可以抑制乃至消除的。由于偏磁的极性及数值是可以通过选择外施电压合闸相位角进行控制的，因此，如果能掌握变压器上次断电时磁路中的剩磁极性，就完全可以通过控制变压器空投时的电源电压相位角，实现让偏磁与剩磁极性相反，从而消除产生励磁涌流的根源———磁路饱和，实现对励磁涌流的抑制。

通过控制变压器空投电源时的电压合闸相位角，使其不产生偏磁，从而避免空投电源时磁路出现饱和。捕捉不产生偏磁的电源电压合闸角只有两个，即正弦电压的两个峰值点（90°或270°），如果偏离了这两点，偏磁就会出现，如果动作时间漂移1mm，合闸相位角就将产生18°的误差。此外，由于三相电压的峰值并不是同时到来，而是相互相差120°，为了完全消除三相励磁涌流，可以分相控制断路器合闸时间，来减小励磁涌流。目前220kV及以上电压等级的断路器跳合闸时间已经比较精确、稳定。

（三）差动保护设置二次谐波交叉制动功能

设置二次谐波交叉制动功能，即二次谐波不仅对本相起制动作用，对其他相也起制动作用，只要有一相检测出涌流，三相都闭锁。制动作用时间通过保护装置定值设置来实现。对于三相五柱式变压器而言，由于其各相之间除了与电之间的联系外，磁路相互联系，一相检测出励磁涌流后，应当闭锁其它相。如此，只要保护装置检测出一相电流二次谐波分量达到闭锁数值，闭锁各相差动保护。

八、结束语

综上所述，要想有效消除变压器试验后剩磁问题，一定要从根源着手，提出有效的措施，进而有效的消除试验后出现的剩磁，为今后的试验和其他工作奠定良好的基础。

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