水利发电厂电力变压器铁芯剩磁危害及消除方法

刘英环

（中国电建集团河北工程有限公司，河北 石家庄 050021）

变压器具有变压、变流、变换阻抗和隔离电路的作用[1]，铁芯作为变压器的主磁路，在运行和试验过程中会产生剩磁，当变压器容量较大时，剩磁的危害也会随之增加。剩磁可能会导致保护误动，造成变压器无法投运，同时还可能使后续试验结果出现异常，造成判断错误。

1 剩磁产生的机理

变压器铁芯由铁芯柱和铁轭两部分组成，为了提高导磁性能并减少铁损，铁芯一般厚度为0.35 mm～0.5 mm、表面涂有绝缘漆的热轧或由冷轧硅钢片叠成[2]。

图1 铁磁材料的磁滞回线

磁滞回线中0-a-b为起始磁化曲线，当磁场强度达到一定值时，磁感应强度将趋于饱和。当磁场减小时，磁感应强度B随磁场强度H的变化偏离原先的起始磁化曲线，B的变化落后于H的变化。当反向磁场减小并再反向时，得到另一支偏离反向起始磁化曲线的曲线e-f-g-b。从磁滞回线中可以看出，B的变化总是滞后于H变化的现象称为磁滞现象。

2 剩磁产生的原因

2.1 变压器直流电阻试验产生剩磁

在绕组饱和时，铁磁元件经历的磁状态为一条类似于图1中的0-a-b曲线。当测试结束后的电流为零时，铁磁元件经历的磁状态为b-c曲线，从这一现象可以看出当直流电阻测试完成后，变压器中产生了剩磁。

2.2 空载变压器拉闸时产生剩磁。

当空载变压器拉闸时，由于三相电压不会瞬间同时过零，即断路器的A、B、C三相分断的时间不可能选在铁芯磁通为0的瞬间，因而产生剩磁。但对比直流电阻试验中剩磁的危害，空载变压器拉闸产生的剩磁较少，相应危害也较小。

3 剩磁的危害

3.1 对继电保护装置的影响

在投运过程中，带有大量剩磁的变压器在励磁涌流的作用下产生的冲击电流，会引起电压升高，从而励磁涌流也随之增大，变压器在较大励磁涌流的冲击下，可能会引起重瓦斯保护动作跳闸或差动保护动作跳闸。

3.2 对试验结果的干扰

大型变压器存在剩磁较大时，会对很多试验项目产生干扰，甚至使该试验失去意义。例如：延长直流电阻测试的时间；造成绕组变形试验波形混乱，波形线条呈锯齿状不平滑；对正常的变压器进行局放试验时，会产生异常的放电信号；测试电压比、空载试验时，结果不准确，甚至超标。

3.3 对一次设备的影响

通电的导线周围有磁场，而磁场作用于铁磁物质会使其受力，此力被称为电动力。可见，变压器在全压充电时网侧绕组的电流越大，电动力越大，进而导致变压器振动越大，如果剩磁引起较大励磁涌流，励磁涌流产生的电动力对变压器绕组及其他部件也有损害，如引起部件松动、绕组轻微变形等，形成隐患或缺陷。

3.4 对电网的稳定运行造成影响

当变压器存在较多剩磁时，其短路故障切除时所产生的电压突增，诱发变压器保护误动，使变压器各侧负荷全部停电。诱发邻近其他变电站等正在运行的变压器产生“和应涌流”而误跳闸，从而导致大面积停电。

4 剩磁消除方法

4.1 直流消磁

直流消磁法又称反向冲击法，是指在变压器高压绕组两端正向、反向分别通入直流电流，并使其不断减小，以缩小铁芯的磁滞回环，从而达到消除剩磁的目的。根据相关研究资料表明，一般情况下，反复进行4次～5次即可以取得较好效果。

4.2 交流消磁

在变压器低压侧（三相变压器分别在UV、VW和UW端）分别施加50 Hz交流电压，并调节补偿电容器，使电源电流减小，将电压缓慢降至“零”再重新缓慢升高电压至100 %额定电压，直到完全消磁。

4.3 选择矫顽力小的新型软磁材料

软磁材料是指具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料，有着易磁化，也易退磁的特性。非晶变压器有着极佳的磁滞特性，变压器的剩磁问题无疑将会大大改善。

5 案例分析

本文所选择的案例为某220 kV变电站2号主变扩建工程，变压器型号为SFSZ11-240000/220，额定容量240 MVA。根据调度指令对变压器进行冲击合闸试验，前3次冲击试验顺利通过，但冲击时变压器声音较大，第4次冲击时，变压器产生差动速断保护动作，220 kV断路器跳闸，对跳闸后的变压器进行检查，没有发现异常现象，初步判断是没有躲过励磁涌流，引起保护误动。

投运工作暂停后，重新对变压器进行全面检查和相关试验。通过检查，瓦斯继电器内无气体、密封性能良好，观察窗内变压器油颜色正常，变压器本体和油枕无渗漏油现象，油温和油位指示正常。油色谱分析、绕组直流电阻测量、介质损耗测量、绕组变形测量均未发现异常。在差动保护整定时间之外，通过故障录波分析出存在较大的冲击电流。

通过前文分析，直流电阻测试是导致剩磁的主要原因是该变压器直流电阻测试时，选择的电流值为20 A，同时环境温度较低，试验完成不久就进行投运操作，不利于消除自身剩磁。

为了变压器尽快投运，采用变压器专用消磁仪进行消磁，消磁结束后重新申请投运，投运顺利完成。

6 结语

变压器试验或运行中出现的一些异常现象，其中有很大可能都与铁芯中的剩磁有关。了解变压器剩磁产生的机理、剩磁对设备运行的影响以及相关防范措施，将对变压器的安全稳定运行起到很大作用。