浅析变压器空载合闸对电流保护的影响

陈育波

（广东省水利水电第三工程局有限公司 广东东莞 523710）

浅析变压器空载合闸对电流保护的影响

陈育波

（广东省水利水电第三工程局有限公司 广东东莞 523710）

电流保护对变压器安全运行必不可少，但是在变压器空载合闸时，由于磁路饱和引起励磁电流激增，超过电流保护整定值，从而导致电流保护装置误动作而引起跳闸，这一现象影响了变压器的正常运行。所以在变压器空载合闸时应采取一定措施，从而避免变压器运行受到电流保护误动作跳闸的影响。

变压器；励磁电流；空载合闸；电流保护

众所周知，电流保护是保证变压器安全运行的一个重要保护，而其中过电流保护是按照变压器正常运行通过最大负荷时保护不误动作，而当其故障时保护动作来整定的。当变压器正常运行时，其励磁电流（空载电流）很小，一般只有3～8%ie，大型变压器甚至不到1%。但是在变压器空载合闸时，由于出现磁路饱和现象，励磁电流就会迅速增长，甚至达到几倍的额定电流，这就容易引起过电流保护装置误动作而跳闸。下面我们对变压器空载合闸时电流变化的暂、稳态过程进行分析：

设变压器一次侧外加电源u1为正弦规律变化，则当变压器空载合闸时，由变压器等效电路可知其一次侧电压为：

式中U1——一次外加电源有效值；

N1——一次绕组匝数；

α——u1合闸瞬间的初相角；

im——励磁电流（空载电流）；

R1——一次绕组电阻。

由于 R1＜＜ωLav，则对（2）式求积分可得：

由（4）式可知，变压器空载合闸时，磁通由两个分量组成：稳态分量和暂态分量，其中稳态分量按正弦规律变化，暂态分量则随时间作指数衰减。当变压器空载合闸时的初相角α=90°时，1=msinωt（5），从（5）式可以看出，在这种条件下，磁通没有随时间按指数衰减的暂态分量，直接进入了稳态，这样就避免了电流瞬时冲击。而若当变压器空载合闸时的初相角 α=0时，则由（6）式可知1由稳态分量和暂态分量组成，这种情况是最不利的，当时，如果计入剩磁的影响，磁通可以达到2m，甚至是稳态时磁通（m）的2.2～2.3倍（如图1所示），这时磁路就会非常饱和，那么励磁电流也会很大，几乎可以达到几百倍正常励磁电流（约6～8倍额定电流）。虽然暂态分量是随时间衰减的，但其衰减时间由衰减常数R1/Lav决定，一般小变压器约在几个周期后即可达到稳态，而大型变压器则会延续更长时间。对于变压器空载合闸时的初相角我们无法确定，那么就难以避免空载合闸时电流对变压器的冲击。所以当变压器空载投入时电流超过整定值或电流暂态分量衰减时间过长而超过电流保护动作时限时，就会引起过电流保护装置的误动作。

图1

变压器空载合闸冲击电流尽管可以达到几倍额定电流，但其是暂态的，对变压器本身危害不大，为了解决变压器空载合闸冲击电流在衰减过程中所引起的跳闸问题，我们可以从以下两个方面采取措施：①从电流保护本身出发，变压器空载投入时出现过电流保护误动作，是由于其空载投入时所产生的励磁电流超过了保护整定值，所以我们可以在变压器投入时，调整电流整定值，等到变压器空载电流进入稳态后再将其调整回原整定值。另外考虑到其励磁电流是由稳态分量和暂态分量组成，而其暂态分量是快速衰减的，一般衰减时间为0.5～1s（变压器过流保护动作时限一般为0.3s），所以我们也可以延长其动作时限来避免保护动作，但上述调整必须均在继电保护整定规定范围之内。②从电流本身出发，我们可以采取限流的方式，减小空载投入时所产生的励磁电流，比如在变压器一次侧串联一个适当阻值的电阻或在二次侧并联一个适当阻值的电阻（此电阻阻值可以利用变压器的等效电路求的其近似值），用以增大衰减常数，缩短衰减时间，加快冲击电流的衰减速度，从而使得变压器可以躲过过电流保护装置的动作时间，等到冲击电流衰减到额定电流以内时，再切除所串或并联的电阻。

结束语：

综上所述，变压器在空载合闸时，由于磁路饱和会引起励磁电流激增，那么当其超过电流保护整定值时，就会导致电流保护装置误动作而引起跳闸现象，所以我们在变压器空载合闸时，应采取适当的措施避免电流保护误动作给变压器正常运行所带来的影响。

TM401.1

A

1004-7344（2016）08-0071-01

2016-3-1