变压器励磁涌流问题分析及对策

胡志勇

摘 要：本文将阐释励磁涌流的内涵，解析其产生机理及主要特征，并探究励磁涌流的破坏性影响，针对其问题提出相应的对策与措施，有效地解决励磁涌流所导致的一系列问题，为电网运行提供安全保障。

关键词：励磁涌流；变压器；破坏性影响；解决措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.08.020

0 引言

电力变压器是电网系统中重要的传能变压设备，是建设变电站、发电厂的核心。由于励磁涌流的出现，严重影响了其保护动作的可靠性。究其原因，在于励磁涌流与内部故障电流相似，导致差动保护的错误识别，进而实施了误动作。为此，正确识别变压器励磁涌流问题，是实现变压器保护动作正确率提高的根本。

1 励磁涌流的产生机理及特征

1.1 励磁涌流的产生机理

励磁涌流的出现是由于变压器铁芯饱和而导致的。如果变压器处于正常运行状态，那么铁芯也未出现饱和，或者因为外部故障产生而导致外部电压的下降，这两种情况都不会出现励磁涌流现象或者励磁涌流很小（仅占变压器额定电流的3%至6%，甚至更低。）。反之，如果变压器空载投入，或者当外部故障解除电压处于恢复阶段时，铁芯磁通将进入饱和状态，由于铁芯材料本身具有非线性特征，所以会导致强烈的励磁电流的出现，峰值将会是额定电流的8至10倍，如遇严重情况，甚至可达到10倍至20倍之多，这种电流被称之为励磁涌流，实际是变压器出现的电磁暂态现象，这是一个过渡性的進程。

1.2 励磁涌流的特征

励磁涌流与变压器以及其运行环境具有密切的关系，为此只有切实解决其呈现的特征，才能够明确其引起的问题原因所在，为解决其导致的问题提供依据，从而保证电网的正常、可靠运转。

励磁涌流呈现的特征具体表现在4个方面。第一，励磁涌流与短路电流十分相似，因为它通常会是变压器额定电流的6-8倍；第二，励磁涌流含有大量的非周期分量和谐波分量，包括高次谐波和二次谐波，所以其变化的波形会呈现为尖顶波；第三，铁芯的饱和程度与励磁涌流的衰减常数存在着密切的关联，铁芯饱和程度越高，电抗将越低，进而导致快速衰减现象的出现。为此，在最初的瞬时衰减速度非常快，随后将出现缓慢降低的态势；第四，通常情况下，如果变压器容量的大小也是影响衰减持续时间的重要因素。如果变压器的容量较小，其电阻则较大、电抗较小的特征，那么衰减的时间也会较短，反之，容量大的变压器则衰减持续时间较长。但与短路电流相比，其衰减速度还是要慢一些。

2 励磁涌流导致的破坏性影响

励磁涌流的存在产生的破坏性影响较为研究。不但会在变压器空载合闸时出现瞬间电流的短时增大，同时也能导致电流波形出现严重畸变、整个电网的电压也会因此迅速下降，此外，谐波污染也会相应的产生。这些问题的出现终将导致一系列的严峻后果。具体影响表现为：

第一，引发继电保护误动作。因为变压器在空载合闸时，会对过流保护产生误动作，从而导致变压器无法成功投运。此外，由于保护误动被诱发，又将引起变压器各侧负荷电源切断，最终停电。

第二，导致和应涌流现象出现。由于变压器因短路问题切除时，诱发邻近另外一个或多个变压器（或发电机）出现保护装置误动，进而引发大面积停电。

第三，产生大量的谐波污染。由于很多高次谐波存在于励磁涌流之中，所以当励磁涌流产生时，必然会伴随大量谐波出现，所以电网电能质量会受到较为严重的谐波污染，所以电能质量也因此下降。

第四，损坏变压器及断路器。因为励磁涌流过大，会产生较强的电动力，从而引发对系统的强烈冲击，变压器和断路器由于超出承受能力，所以会产生一定的损害。

第五，影响继电保护装置的精度。由于励磁涌流直流分量的出现必然会导致TA磁路出现过量磁化，所以TA精度受到严重影响，发生骤降，进而导致继电保护装置精度的下降。

3 解决励磁涌流问题的相应对策

（1）改善变压器内部结构。变压器内部结构是影响励磁涌流的大小及其导致的后果严重程度的重要因素。所以，变压器制造过程中，在满足相关技术指标的基础上，应该通过改良变压器内部结构的措施，进一步降低励磁涌流及其产生的严峻后果。具体对策体现为：铁芯原材料的选择应充分考虑剩磁量；铁芯磁通密度的工作点可以适量降低；也可以使铁芯面积增加；并且在衡量铁芯夹紧力时应保证其是否足够宽裕能够经受励磁涌流的冲击力；此外绕组匝间及对地的绝缘强度也亟需增强。

（2）优化工程设计。在开展工程设计的过程时，对变压器各侧配置的避雷器的选择要多方面考虑，尤其是参数及特性，其主要目的在于保证变压器的主绝缘。断路器的选择标准也是十分关键的，因为只有保证其性能良好，才可以避免出现断开励磁涌流时断口电弧重燃，所以性能良好的断路器配置在变压器高压侧能够有效减少励磁涌流的幅值。此外电流互感器的选择也要充分考虑其励磁特性。

（3）将电容器并联到变压器低压侧。根据分析得知，励磁涌流的产生是因为变压器内磁通的铁芯达到饱和所导致的。为此，运用适当的手段阻止绕组内磁通接近饱和值，就能够实现减少或去除励磁涌流的目的。将电容器并联到变压器低压侧的方法就是这样产生的。因为，在这种情况下，变压器低压侧磁通的极性恰好与高压侧磁通是相反的，从而达到避免绕组内磁通出现饱和现象的产生。

（4）有效过滤谐波。当启用新设备时，应该充分考虑设置滤波功能的充电保护。因为，在之前的特征分析中，发现励磁涌流中含有数量较多的谐波，包括直流分量、二次、三次谐波，这些都是引发保护误操作的症结所在。如果保护装置具备控制二次谐波制动的功能，就既可以提高充电保护的灵敏度，同时也可以避免保护装置因为二次谐波误动。

4 结论

本文阐述励磁涌流产生的机理，进一步分析了励磁涌流出现的特征，并讨论了影响励磁涌流出现的因素，详细论述了励磁涌流的危害，最后提出了一系列消除励磁涌流的解决方案，包括改善变压器内部结构，优化工程设计，将电容器并联到变压器低压侧，有效过滤谐波，以期对变电站实际运行发挥一定的参考价值。

参考文献：

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