變壓器勵磁涌流問題分析及對策

汪明

（福建晉江天然氣發電有限公司 福建晉江 362251）

0 引言

變壓器是以電磁感應為原理基礎的電氣設備，在電氣系統中起到關鍵調節作用，主要是通過轉換高低壓的形式和隔離交流電源的作用，使電氣系統能夠保持良好的運行狀態，因此變壓器運行的情況直接影響電氣系統的運行。當變壓器受到勵磁涌流的影響時，不僅會造成變壓器的運行故障，也容易引發電氣系統的運行異常，存在較大的安全隱患，且變壓器產生勵磁涌流造成的損傷也較為嚴重，使維修的難度和成本都有所提高。

1 變壓器勵磁涌流概述

1.1 勵磁涌流產生的機理

變壓器合閘前，變壓器內的總磁通為剩磁。在合閘瞬間，由于施加了電壓必然會產生穩態磁通，根據磁鏈守恒定理（總磁通不能突變），會產生一個與穩態磁通方向相反、大小相等的暫態感應磁通，此暫態感應磁通與變壓器內部的剩磁合成的偏磁，在變壓器內隨時間緩慢衰減。當偏磁與穩態磁通合成的總磁通超過飽和磁通時，變壓器繞組電抗陡降，產生勵磁涌流。

勵磁涌流主要是變壓器鐵芯飽和狀態所引起的。當變壓器在正常運行狀態下的鐵芯始終處于未飽和狀態或變壓器受到外部故障造成外部電壓下降等情況時，發生勵磁涌流的風險較低，即使發生勵磁涌流也很小，通常僅能夠達到變壓器額定電流的3%～6%，并不會產生嚴重的不良影響。但是當變壓器空載投入或變壓器的外部故障順利解除在恢復階段的情況時，就會導致鐵芯磁通處于飽和狀態。由于鐵芯材料的非線性特點，飽和狀態下的鐵芯磁通就會產生強烈的勵磁涌流。通常峰值超過變壓器額定電流8～10 倍被稱為勵磁電流，峰值超過變壓器額定電流10～20 倍被稱為勵磁涌流［1-2］。

1.2 勵磁涌流特點

勵磁涌流嚴重影響變壓器的運行穩定性，掌握勵磁涌流的特點有助于保障變壓器的運行穩定性。當產生勵磁涌流時，也能夠通過了解其特點，快速掌握問題關鍵，立即采取有效的處理對策進行處理。基于對勵磁涌流問題發生情況進行綜合分析，主要特點總結為4 個方面：①勵磁涌流的電流較高，通常能夠達到變壓器額定電流的7 倍，與短路電流相比，具有較高的相似性；②勵磁涌流波形為尖頂狀，大量的非周期分量和高次諧波包含其中，還有較大并偏離時間軸的二次諧波；③勵磁涌流存在間斷角，變壓器的飽和磁通、剩磁和外施電壓的初相角之間的聯系性較強，隨著變壓器轉換作用產生相應的間斷角變化；④勵磁涌流具有指數衰減趨勢，尤其是小型變壓器的衰減速度更快，主要由較高的電阻和較小的電抗所造成，想要保障整個系統運行的穩定性就需要通過一定周期進行改善，而大型變壓器的衰減速度相對較慢［3］。

2 變壓器勵磁涌流危害

（1）繼電保護誤動作。在外部故障問題的影響下，變電器運行時的兩邊電流大小相位會產生差距縮小的現象。而在內部故障問題的影響下，變電器運行時的兩邊電流大小相位會產生差距擴大的現象，這二者都會導致繼電保護誤動作的發生。

（2）電能質量下降。變壓器空投所產生的勵磁涌流問題會造成電氣系統的穩定性損害，產生大量的諧波進一步降低電能質量。如果沒能對電磁涌流問題有效解決，還會造成電氣設備的使用質量和壽命下降。

（3）和應涌流現象。和應涌流現象是在變壓器空投的情況下，使周邊變壓器的保護裝置產生誤動現象。在和應涌流現象中，僅僅通過對勵磁涌流與故障電流的處理將無法對產生的影響進行有效處理。

（4）誘發操作過電壓，損壞電氣設備。

3 變壓器勵磁涌流問題的處理對策

3.1 變壓器低壓側與電容并聯

勵磁涌流是由變壓器內部磁通飽和所產生的。為了對變壓器勵磁涌流問題進行處理，就要先對勵磁鐵芯內磁通飽和狀態的情況進行處理，在最大程度上減少勵磁涌流問題的發生，因此可以采用變壓器低壓側與電容并聯的處理對策。當完成合適的電容并聯后，變壓器所產生的低壓側與高壓側磁通極性反差較大，能夠使主磁通得到有效的降低，形成良好的去磁作用，對勵磁涌流的問題能夠有效抑制，使變壓器的運行穩定性得到有力的保障。

3.2 控制三相開關合閘的時間

（1）快速合閘方式。首先需要明確某相合閘的最佳時間，然后再采用相應的合閘操作對其余兩相1/4 工頻周期之后進行合閘。也就是先將A 相的合閘控制在90°時進行，使其他兩相繞組剩磁，能夠達到A 相繞組產生磁通最小的效果。將其他兩相產生的感應磁通大小控制在磁通最大值的50%左右，相位能夠超過前A 相180°，然后對其他兩相在最佳時間進行合閘，就能夠將其他兩相的磁通范圍進行最為合理的控制，使變壓器勵磁涌流問題發生的風險有效降低。

（2）延遲合閘方式。延遲合閘方式是先將A 相進行合閘，其他兩相B 和C 的感應磁通能夠從預制相應磁通開始，沿著回線產生相應的變化。其中C 相的磁通飽和狀態最先發生，經過變壓器非線性特征的影響，使C 相的繞組電感超過B 相，刺激B 相磁通的快速增長，達到B 和C 相磁通的一致狀態時，就能夠產生剩磁互相消除的作用。延遲合閘與快速合閘的方式相比，主要的差異性在于延遲合閘方式是先將變壓器某相進行合閘，在3 個工頻周期之后再將其他兩相進行合閘。對于先合閘的變壓器某相剩磁有所掌握后，就能夠對其他兩相的合閘進行良好的控制。

（3）同時合閘方式。同時合閘方式的實用性較窄，通常只能夠在剩磁較大的情況中采用。在進行同時合閘過程中，雖然不需要對三相斷路器進行獨立的控制，但仍然要對三相剩磁的情況做到全面的掌握，才能夠在進行同時合閘時，確保時機的準確把握。

3.3 微機涌流抑制器

（1）原理。微機涌流抑制器在對變壓器勵磁涌流問題的處理中較為常見，能夠通過剩磁和偏磁的相互作用，實現對涌流的強效抑制，具有較高的安全性和良好的作用效果，已經得到了較為普遍的應用。對于縮小勵磁涌流控制范圍的研究也在持續推進中，能夠更好地消除勵磁涌流現象。

（2）控制措施。由于負載特性的差異性較大，形成過電壓或涌流原因的差異性也同樣較大。如容性負載時，在斷路器分合操作下，電容器端電壓的相應轉變不會發生，因此在電壓為0 的情形中，就要根據電容器的情況選擇相應的分合閘控制策略，才能夠達到良好的控制作用。感性負載時，進行斷路器分合操作后，在磁鏈守恒定律的作用下，不會產生電感電流的變化。所以在電流為0 的情形中，要加強對分合閘的嚴格控制，使斷路器重燃問題能夠得到有效的處理。具體的合閘操作還需要根據實際的情況進行相應的操作。電壓峰值與最小斷路器涌流和最大暫態電壓相對應，但電壓零點具有相反的表現。對于空載變壓器也要加強控制的力度，尤其是在電壓為0 的情形中，要加強分合閘控制策略選擇合理性，才能夠在分相操作和聯動操作時，達到最為理想的操作效果。

4 結語

通過對變壓器勵磁涌流的特點分析，掌握產生勵磁涌流問題的原因、規律和影響。提出一系列預防措施，使處理策略能夠在實際的問題中進行運用，并達到良好的處理效果，保障變壓器運行的安全性和穩定性。