海上平臺(tái)變壓器勵(lì)磁涌流分析及抑制措施

郭明荃 崔勝 吳占友

摘要：針對(duì)變壓器勵(lì)磁涌流的危害和影響，為增強(qiáng)電力系統(tǒng)整體運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性，對(duì)抑制勵(lì)磁涌流的方法進(jìn)行了研究和對(duì)比，為工程設(shè)計(jì)提供了理論基礎(chǔ)和解決措施。

關(guān)鍵詞：變壓器;勵(lì)磁涌流;抑制

0? ? 引言

海上石油平臺(tái)通常遠(yuǎn)離陸地，供配電系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立性很高，具備“孤立電網(wǎng)”的特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)，目前海上平臺(tái)越來越多地采用區(qū)域組網(wǎng)方式供電，在區(qū)域組網(wǎng)供電方式下，出現(xiàn)了電站單機(jī)容量小，而輸出或聯(lián)絡(luò)變壓器容量相對(duì)較大的現(xiàn)象。大容量變壓器在空載合閘時(shí)會(huì)產(chǎn)生幅值很大的勵(lì)磁涌流，直接影響局部單體電站的穩(wěn)定運(yùn)行，甚至?xí)斐砂l(fā)電機(jī)跳閘停機(jī)。

1? ? 抑制變壓器勵(lì)磁涌流的新方法及論證試驗(yàn)

1.1? ? 基于固態(tài)晶閘管軟啟動(dòng)器抑制變壓器勵(lì)磁涌流

根據(jù)公式（1），傳統(tǒng)的變壓器勵(lì)磁涌流抑制方案一般是從控制公式中的電感L、電阻R、合閘初相角α入手，其實(shí)通過控制Um也可實(shí)現(xiàn)變壓器勵(lì)磁涌流的抑制。

該方案基于固態(tài)晶閘管軟啟動(dòng)器可以控制輸出電壓的原理，使用軟啟動(dòng)器的電壓斜坡功能來為變壓器的原邊緩慢提升電壓，可以使其一開始的三相電勢(shì)差最小。通過原邊電壓的線性升高來為變壓器充磁，建立工作磁場。

系統(tǒng)方案具體如下：

根據(jù)固態(tài)晶閘管對(duì)輸出電壓的控制原理，利用固態(tài)晶閘管軟啟動(dòng)器的CPU對(duì)固態(tài)晶閘管進(jìn)行相角觸發(fā)控制，以降低加在變壓器上的電壓，然后慢慢提高加在變壓器上的電壓和電流來使變壓器充磁，直到變壓器達(dá)到額定電壓，可零壓啟動(dòng)。這種啟動(dòng)方式可以降低變壓器的啟動(dòng)電流，避免啟動(dòng)過流跳閘，也可以減少對(duì)變壓器、發(fā)電機(jī)組等設(shè)備的沖擊。

在啟動(dòng)過程中，將軟啟動(dòng)器接入大變壓器與配電電源之間，將旁路啟動(dòng)電源接入軟啟動(dòng)柜，軟啟動(dòng)柜以判斷進(jìn)線柜狀態(tài)信號(hào)作為軟啟動(dòng)器是否允許啟動(dòng)的條件，在進(jìn)線柜合閘時(shí)軟啟動(dòng)器認(rèn)為允許啟動(dòng)，啟動(dòng)后采用電壓斜坡控制方式進(jìn)行線性升壓，在啟動(dòng)完成后軟啟給出旁路合閘信號(hào)，軟啟動(dòng)柜收到旁路合閘信號(hào)后給大變壓器正常進(jìn)線柜合閘指令，變壓器進(jìn)線柜合閘后，軟啟動(dòng)柜撤銷給軟啟部分的啟動(dòng)信號(hào)，軟啟部分停止工作，啟動(dòng)過程完成。

1.2? ? 變壓器軟啟動(dòng)抑制勵(lì)磁涌流的實(shí)際應(yīng)用

渤海某組網(wǎng)改造項(xiàng)目中WHPA-MV-001 6.3 kV母段改造，新增一臺(tái)高壓軟啟動(dòng)柜，改造后的一次系統(tǒng)圖如圖1所示。

設(shè)計(jì)方案中軟啟動(dòng)器為一拖四形式，需啟動(dòng)電機(jī)三臺(tái)、變壓器一臺(tái)。變壓器主要參數(shù)如下：容量為6 300 kVA;變比為6.3/35 kV;Z=8%。

系統(tǒng)工作時(shí)，變壓器為空載啟動(dòng)，啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的勵(lì)磁涌流，故使用軟啟動(dòng)降壓啟動(dòng)，通過降低一次電壓來降低磁通，從而使啟動(dòng)時(shí)勵(lì)磁涌流下降，減少對(duì)電網(wǎng)的沖擊，達(dá)到使用要求。

由于實(shí)際使用時(shí)，變壓器內(nèi)仍有剩余磁通，可能會(huì)與啟動(dòng)時(shí)勵(lì)磁疊加，導(dǎo)致第一個(gè)正弦周期的沖擊電流峰值進(jìn)一步加大，故對(duì)軟啟動(dòng)空載啟動(dòng)變壓器進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)，通過測量相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)、檢驗(yàn)，減少該系統(tǒng)方案的風(fēng)險(xiǎn)。

實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)步驟：

（1）軟啟動(dòng)柜接通控制電源后，將模式調(diào)整為變壓器啟動(dòng)模式，設(shè)定限流的電壓斜坡，與試驗(yàn)用變壓器參數(shù)相匹配;啟動(dòng)初始電壓由軟啟廠家確定，初步定為額定電壓的10%左右，即40 V，啟動(dòng)時(shí)間15 s，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

（2）相關(guān)檢測儀器設(shè)備完成設(shè)置和調(diào)試，電能檢測裝置設(shè)定CT變比，數(shù)值由現(xiàn)場提供。

（3）軟啟啟動(dòng)：確認(rèn)軟啟上方的隔離刀閘開關(guān)合閘、跳閘復(fù)位，進(jìn)線側(cè)電源合閘輸入，按操作說明步驟順序啟動(dòng)負(fù)載變壓器。

（4）按設(shè)定啟動(dòng)、斜坡升壓，電能檢測裝置、示波器記錄相關(guān)電能參數(shù)：電流、電壓、頻率、諧波波動(dòng)等。具體請(qǐng)相關(guān)儀器提供方進(jìn)行指導(dǎo)。

（5）變壓器正常啟動(dòng)至額定電壓，記錄相關(guān)參數(shù)完畢后，按軟啟操作流程說明，關(guān)斷回路。

（6）重復(fù)步驟（3）～（4），記錄多次啟動(dòng)數(shù)據(jù)，用于比對(duì)。

（7）按變壓器廠家正常調(diào)試接線方式，將軟啟進(jìn)線側(cè)電源直接接至試驗(yàn)用變壓器一次側(cè)，相關(guān)儀器仍保持待檢測狀態(tài)。

（8）不經(jīng)軟啟，直接啟動(dòng)變壓器，相關(guān)儀器記錄數(shù)據(jù)參數(shù)后，關(guān)斷回路。

（9）重復(fù)步驟（8），記錄多次啟動(dòng)數(shù)據(jù)，用于比對(duì)。

（10）對(duì)比前后多組數(shù)據(jù)，主要比對(duì)使用軟啟后空載變壓器啟動(dòng)時(shí)勵(lì)磁涌流降低程度。

（11）根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，得出試驗(yàn)結(jié)論。

具體的試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

通過試驗(yàn)及實(shí)際應(yīng)用可以看出，軟啟動(dòng)對(duì)于降低變壓器啟動(dòng)過程中的勵(lì)磁涌流具有很好的效果，所以對(duì)變壓器采用軟啟動(dòng)方式，對(duì)于限制沖擊電流還是非常有效的，取得了非常好的應(yīng)用效果。

2? ? 變壓器勵(lì)磁涌流抑制方法比較

變壓器勵(lì)磁涌流抑制方法綜合對(duì)比結(jié)果如表1所示。

3? ? 結(jié)語

本文對(duì)幾種變壓器勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)做了分析對(duì)比，其中利用變壓器軟啟動(dòng)抑制勵(lì)磁涌流的方案，利用固態(tài)晶閘管軟啟動(dòng)器的電壓斜坡控制方式，使加在變壓器原邊繞組側(cè)的外施電壓由零逐漸升至額定電壓。因外施電壓不是突然增加，繞組磁路中將不產(chǎn)生單極性的偏磁，從而不會(huì)導(dǎo)致磁路飽和及勵(lì)磁涌流，可實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)的變壓器投運(yùn)。該方法具有工作原理比較簡單、電力計(jì)算快捷、工程實(shí)用性好等特點(diǎn)，克服了常規(guī)的變壓器空載合閘及其他啟動(dòng)方式存在的不足，對(duì)大變壓器啟動(dòng)過程中勵(lì)磁涌流能夠進(jìn)行有效治理，具有很好的應(yīng)用前景。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 兀鵬越，余信，李毅，等.變壓器勵(lì)磁涌流抑制器工程應(yīng)用及探討[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2012，32（6）：145-149.

[2] 謝達(dá)偉，洪乃剛，傅鵬.一種變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流抑制技術(shù)的研究[J].電氣應(yīng)用，2007，26（3）：34-38.

收稿日期：2020-09-07

作者簡介：郭明荃（1986—），女，天津人，高級(jí)工程師，主要從事海洋工程電氣設(shè)計(jì)工作。