變電站變壓器涌流過大的原因及涌流抑制裝置的應用分析

蔡思賢

摘 要：為滿足生活、生產用電的各類需求，供電系統除了要完成電能輸送外還要對入戶電壓進行調節，這就需要設立變電站來完成。變壓器是變電站的主要設備之一，主要進行電力系統中電壓的轉換及電能分配等，利用電磁感應的原理來改變電壓。本文主要針對變壓器工作中出現的勵磁涌流和應涌流兩種涌流現象來探討變壓器涌流過大的原因，并通過實例分析來探討涌流抑制裝置的作用及應用，以更好地完成變電站變壓器供電工作。

關鍵詞：變壓器；涌流；抑制裝置

中圖分類號：TM92 文獻標志碼：A

伴隨著現代工業的迅速發展，對電能及電力資源的使用也越來越廣泛，電為生產、生活提供基本的動力保障。發電廠在對外進行電能輸送時，為了滿足遠距離的電能輸送，采取高電壓輸送模式，與此同時，需要設立變電站來連接發電廠到用戶，以進行電壓的調節，滿足使用需求。變壓器是利用電磁感應原理來改變電流的裝置，是變電站中的主要設備，對于電能的持續、穩定、安全供應具有重要作用，變壓器涌流又對變壓器的工作效能有重要影響。

1 變壓器涌流及導致變壓器涌流過大的原因

所謂的變壓器涌流，指的是空載變壓器在剛剛接上電源的時候，在電源側會出現超出額定電流很多倍的電流，進而對正常供電造成不良影響；產生涌流的基本的原因出現在變壓器內部的鐵心磁化曲線出現的非線性變化，涌流在時間上是連續存在的，但會呈現出暫態電流的狀態。勵磁涌流和和應涌流是變壓器涌流的兩種常見形式，一旦發生涌流會破壞變壓器的保護功能的發揮，進而導致電氣設備的破壞、影響整個電力系統，了解變壓器涌流及其產生原因和影響因素是發揮變壓器功用、發揮變電站功用的重要保障。

電路流通過程中一旦產生勵磁涌流，其大小能夠達到額定電流的8倍左右，破壞作用可想而知。“當變壓器進行空載合閘或變壓器外部故障被切除后電壓突然恢復時，由于其磁鏈不能突變，從而產生非周期磁鏈，使得磁鏈支路飽和”，進而產生勵磁涌流。產生勵磁涌流后會導致變電站變壓器的作用受到限制，出現電壓急劇下降、大量諧波涌入電網等現象，這對于整個電力系統中的部分設施設備都會造成影響，出現諸如計算機死機、繼電保護設備的實效等等，影響嚴重。空載充電是變壓器產生大量勵磁涌流的原因之一，“同時對多個變電站的主變壓器空載充電，會在變壓器高壓側產生大量的勵磁涌流，并在主變壓器繞組中電磁感應出較高的暫態過電壓”，一旦變電站中的多個變壓器都產生過量的勵磁涌流并匯集到一起，就會影響到原有的線路所具有的保護性能的閾值，進而產生跳閘、線路中斷等供電事故。

相較于勵磁涌流，和應涌流的產生原因還多受變壓器外部的諸多因素的影響，其產生的形式呈現出多樣性的特點；同時值得注意的是，和應涌流產生后造成的危害和影響具有一定的滯后性和隱蔽性，這對及時發現故障并保障線路正常工作提出了更高要求，因此，正確認識和應涌流并了解其產生原理及危害頗具必要性。一般來說，“空投變壓器的磁鏈最大值在合閘后的很短時間內達到，而運行變壓器的磁鏈要經過一段時間才能達到”，根據這一原理，在合閘之后很短的時間內會產生起始涌流，繼而和應涌流會逐漸達到一個峰值，達到最大之后又有一個逐漸衰退的過程。和應涌流的大小還與系統電源和變壓器之間的電阻有關系，當整個電力系統的電源和變電站變壓器之間的線路的阻值較大時，對和應涌流的產生發揮更加積極的推動作用，阻值越大，就能夠以越快的速度使得變電站變壓器達到飽和速度，進而就會產生越大的和應涌流；與此相反，當系統電源與運行的變電站變壓器之間線路的電感較小時，變電站變壓器達到飽和狀態的時間就會較長、速度較慢，進而就會產生較小的和應涌流。另外，變電站變壓器實際運行中會受到多種電源的影響，系統電源、供電方式等都會對線路中電能的流動和和應涌流的產生及其大小造成影響。

2 變壓器涌流抑制裝置的應用

變壓器涌流抑制裝置是為抑制變壓器涌流的儀器設備，減小變壓器涌流，進而對傳輸線路和電力安全起到保護作用，涌流抑制器的使用不僅對減小沖擊主變時對系統的影響有明顯的效果，而且對于保護自身的設備和較少保護誤動的概率也是有很大的作用的。涌流抑制器的基本工作原理是通過控制變壓器空投時電源電壓的合閘相位角，讓勵磁、偏磁極性相反，進而消除產生勵磁涌流的要素（磁路飽和），進而控制勵磁涌流的產生及大小，而且對于保護自身的設備和較少保護誤動的概率也是有很大的作用的。涌流抑制器的正是通過是對合閘點進行控制，調整合閘時間，從而控制涌流的產生及大小。涌流抑制器上的測量裝置能夠對斷路器工作過程中產生脫離回路電源時的時間差進行測量，從而對合閘、分閘的時間進行調整、修正。圖1為空投變壓器工作時的涌流抑制裝置的工作原理，通常情況下，變壓器涌流抑制器只對斷路器進行合閘的操作，“涌流抑制裝置接受外部發來的合閘或分閘接點命令，在恰當的時機通過輸出接點驅動線路器的合閘或分閘控制回路”，而分閘操作可以通過人工行為或者是相關的繼電保護器來實現。

3 空投變壓器控制原理

通過借助繼電保護器來進行分合閘操作，使變壓器涌流抑制裝置發揮作用的基本原理是：繼電保護器的分閘命令和合閘命令都通過涌流抑制裝置傳輸給繼電保護器的控制回路，從而實現抑制涌流的作用，圖2為涌流抑制裝置對繼電保護器發揮作用的常見應用設置的一種：

變電站變壓器通過涌流抑制裝置的應用來對勵磁涌流及和應涌流發生作用，從而保證電流的穩定，保證持續、穩定的供電，涌流抑制裝置還具有以下功能：一是其抑制涌流的作用不僅體現在對變電站變壓器等方面，而且可以有效抑制輸電線路及電容器等方面；二是涌流抑制裝置能夠實現經由三相聯動的斷路器的空投變壓器或者是電抗器從而對勵磁涌流發揮抑制作用；三是涌流抑制裝置的發展對于變壓器本身的更新升級提出了更高的要求，有利于變電變壓器在結構設計及功能發展上的優化；四是涌流抑制裝置對于整個電力系統地運行來說具有節能減耗的環保功能，通過涌流抑制裝置，變電站的備用變壓器能夠按照冷備用的方式來運行，能夠有效減少設備空轉空載而帶來的能源消耗問題。

變電站變壓器中勵磁涌流和和應涌流這兩者之間也是相互影響的，“勵磁涌流的衰減會受到和應涌流的影響，而和應涌流的形成與許多因素有關，這是合閘變壓器勵磁涌流偏磁累積造成的”。通過借助涌流抑制裝置對變電站變壓器運行過程中的涌流發揮抑制作用是當前變電站變壓器工作的內容之一，解決這一問題的關鍵還在于通過技術革新和研究來增強對變壓器涌流的識別和認知，真正從技術上去解決問題，進而保護整個電力系統的持續、高效運轉，而不能僅停留于通過外接裝置來改善變壓器的運行和工作。

結語

變電站變壓器產生過大的涌流是多方面的因素造成的，空投變壓器涌流是較為常見的，還有諸如變壓器的初次級的不同電壓側出現電路短路的故障而進行的切除也會造成涌流的大量出現，從原始電源到變電站的長距離的運輸電能的線路也是造成涌流過大的原因。涌流過大不僅破壞設施設備，而且對于整個電力系統的工作造成不良影響，所以借助涌流抑制裝置來抑制變電站變壓器的過量涌流，在借助外接設備進行干預抑制的同時，更重要的是加大技術投入與研究，充分認識涌流的產生并有效解決。

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