变压器励磁涌流问题分析及对策

汪明

（福建晋江天然气发电有限公司 福建晋江 362251）

0 引言

变压器是以电磁感应为原理基础的电气设备，在电气系统中起到关键调节作用，主要是通过转换高低压的形式和隔离交流电源的作用，使电气系统能够保持良好的运行状态，因此变压器运行的情况直接影响电气系统的运行。当变压器受到励磁涌流的影响时，不仅会造成变压器的运行故障，也容易引发电气系统的运行异常，存在较大的安全隐患，且变压器产生励磁涌流造成的损伤也较为严重，使维修的难度和成本都有所提高。

1 变压器励磁涌流概述

1.1 励磁涌流产生的机理

变压器合闸前，变压器内的总磁通为剩磁。在合闸瞬间，由于施加了电压必然会产生稳态磁通，根据磁链守恒定理（总磁通不能突变），会产生一个与稳态磁通方向相反、大小相等的暂态感应磁通，此暂态感应磁通与变压器内部的剩磁合成的偏磁，在变压器内随时间缓慢衰减。当偏磁与稳态磁通合成的总磁通超过饱和磁通时，变压器绕组电抗陡降，产生励磁涌流。

励磁涌流主要是变压器铁芯饱和状态所引起的。当变压器在正常运行状态下的铁芯始终处于未饱和状态或变压器受到外部故障造成外部电压下降等情况时，发生励磁涌流的风险较低，即使发生励磁涌流也很小，通常仅能够达到变压器额定电流的3%～6%，并不会产生严重的不良影响。但是当变压器空载投入或变压器的外部故障顺利解除在恢复阶段的情况时，就会导致铁芯磁通处于饱和状态。由于铁芯材料的非线性特点，饱和状态下的铁芯磁通就会产生强烈的励磁涌流。通常峰值超过变压器额定电流8～10 倍被称为励磁电流，峰值超过变压器额定电流10～20 倍被称为励磁涌流［1-2］。

1.2 励磁涌流特点

励磁涌流严重影响变压器的运行稳定性，掌握励磁涌流的特点有助于保障变压器的运行稳定性。当产生励磁涌流时，也能够通过了解其特点，快速掌握问题关键，立即采取有效的处理对策进行处理。基于对励磁涌流问题发生情况进行综合分析，主要特点总结为4 个方面：①励磁涌流的电流较高，通常能够达到变压器额定电流的7 倍，与短路电流相比，具有较高的相似性；②励磁涌流波形为尖顶状，大量的非周期分量和高次谐波包含其中，还有较大并偏离时间轴的二次谐波；③励磁涌流存在间断角，变压器的饱和磁通、剩磁和外施电压的初相角之间的联系性较强，随着变压器转换作用产生相应的间断角变化；④励磁涌流具有指数衰减趋势，尤其是小型变压器的衰减速度更快，主要由较高的电阻和较小的电抗所造成，想要保障整个系统运行的稳定性就需要通过一定周期进行改善，而大型变压器的衰减速度相对较慢［3］。

2 变压器励磁涌流危害

（1）继电保护误动作。在外部故障问题的影响下，变电器运行时的两边电流大小相位会产生差距缩小的现象。而在内部故障问题的影响下，变电器运行时的两边电流大小相位会产生差距扩大的现象，这二者都会导致继电保护误动作的发生。

（2）电能质量下降。变压器空投所产生的励磁涌流问题会造成电气系统的稳定性损害，产生大量的谐波进一步降低电能质量。如果没能对电磁涌流问题有效解决，还会造成电气设备的使用质量和寿命下降。

（3）和应涌流现象。和应涌流现象是在变压器空投的情况下，使周边变压器的保护装置产生误动现象。在和应涌流现象中，仅仅通过对励磁涌流与故障电流的处理将无法对产生的影响进行有效处理。

（4）诱发操作过电压，损坏电气设备。

3 变压器励磁涌流问题的处理对策

3.1 变压器低压侧与电容并联

励磁涌流是由变压器内部磁通饱和所产生的。为了对变压器励磁涌流问题进行处理，就要先对励磁铁芯内磁通饱和状态的情况进行处理，在最大程度上减少励磁涌流问题的发生，因此可以采用变压器低压侧与电容并联的处理对策。当完成合适的电容并联后，变压器所产生的低压侧与高压侧磁通极性反差较大，能够使主磁通得到有效的降低，形成良好的去磁作用，对励磁涌流的问题能够有效抑制，使变压器的运行稳定性得到有力的保障。

3.2 控制三相开关合闸的时间

（1）快速合闸方式。首先需要明确某相合闸的最佳时间，然后再采用相应的合闸操作对其余两相1/4 工频周期之后进行合闸。也就是先将A 相的合闸控制在90°时进行，使其他两相绕组剩磁，能够达到A 相绕组产生磁通最小的效果。将其他两相产生的感应磁通大小控制在磁通最大值的50%左右，相位能够超过前A 相180°，然后对其他两相在最佳时间进行合闸，就能够将其他两相的磁通范围进行最为合理的控制，使变压器励磁涌流问题发生的风险有效降低。

（2）延迟合闸方式。延迟合闸方式是先将A 相进行合闸，其他两相B 和C 的感应磁通能够从预制相应磁通开始，沿着回线产生相应的变化。其中C 相的磁通饱和状态最先发生，经过变压器非线性特征的影响，使C 相的绕组电感超过B 相，刺激B 相磁通的快速增长，达到B 和C 相磁通的一致状态时，就能够产生剩磁互相消除的作用。延迟合闸与快速合闸的方式相比，主要的差异性在于延迟合闸方式是先将变压器某相进行合闸，在3 个工频周期之后再将其他两相进行合闸。对于先合闸的变压器某相剩磁有所掌握后，就能够对其他两相的合闸进行良好的控制。

（3）同时合闸方式。同时合闸方式的实用性较窄，通常只能够在剩磁较大的情况中采用。在进行同时合闸过程中，虽然不需要对三相断路器进行独立的控制，但仍然要对三相剩磁的情况做到全面的掌握，才能够在进行同时合闸时，确保时机的准确把握。

3.3 微机涌流抑制器

（1）原理。微机涌流抑制器在对变压器励磁涌流问题的处理中较为常见，能够通过剩磁和偏磁的相互作用，实现对涌流的强效抑制，具有较高的安全性和良好的作用效果，已经得到了较为普遍的应用。对于缩小励磁涌流控制范围的研究也在持续推进中，能够更好地消除励磁涌流现象。

（2）控制措施。由于负载特性的差异性较大，形成过电压或涌流原因的差异性也同样较大。如容性负载时，在断路器分合操作下，电容器端电压的相应转变不会发生，因此在电压为0 的情形中，就要根据电容器的情况选择相应的分合闸控制策略，才能够达到良好的控制作用。感性负载时，进行断路器分合操作后，在磁链守恒定律的作用下，不会产生电感电流的变化。所以在电流为0 的情形中，要加强对分合闸的严格控制，使断路器重燃问题能够得到有效的处理。具体的合闸操作还需要根据实际的情况进行相应的操作。电压峰值与最小断路器涌流和最大暂态电压相对应，但电压零点具有相反的表现。对于空载变压器也要加强控制的力度，尤其是在电压为0 的情形中，要加强分合闸控制策略选择合理性，才能够在分相操作和联动操作时，达到最为理想的操作效果。

4 结语

通过对变压器励磁涌流的特点分析，掌握产生励磁涌流问题的原因、规律和影响。提出一系列预防措施，使处理策略能够在实际的问题中进行运用，并达到良好的处理效果，保障变压器运行的安全性和稳定性。