变压器励磁涌流及和应涌流的分析研究

1、变压器励磁涌流及和应涌流的分析研究陈健（无锡供电公司，江苏 无锡214061）摘要空投变压器时可能会产生励磁涌流及和应汹流，对变压器和继保装置将造成一定的影响，是一个值得 重视的问题。本文主要分析了两种涌流的产生机理，研究了英各自的特征及危害，同时针对涌流可能引起 相关保护误动的问题介绍了相应的解决措施。关键词变压器励磁涌流和应涌流1 概述电力变压器作为一种关键设备，在电力系统中占据积极重要的地位，一旦发生故障遭到 破坏，检修难度人、停电周期长、经济损失人。因此，变压器运行的可靠性是整个电力系统 安全的璽要保证。长期以來，差动保护一直是主变电量保护中的主保护，差动町以准确地区 分主变区外及区内

2、故障，选择性的切除故障。但是，当在变压器空投和外部故障切除后电压 恢复时，则可能出现与内部故障数值相当的励磁涌流，进而造成变压器差动保护误动。如何 正确识别励磁涌流和内部故障电流是变压器差动保护的核心问题。2 变压器励磁涌流问题分析2.1励磁涌流的产生机理以单相变压器为例，说明其空投时励磁涌流产生的机理。设电源电压为正弦函数，即：当空载单相变压器突然投入无穷大电源时，忽略变压器的绕组电阻和漏抗，令一次侧匝 数n二1,则有：=um sin（曲 + a）cos（曲+ q） + c（q式中积分常数c是山合闸初始条件20的剩磁0决定，故得到:c = cos（曲 + a） + 0.0）由此空载合闸的铁芯

3、磁通为：0 = 一0” cos（曲 + °） + 0“ cos a + 0式中，匕竺为对应电压的磁通幅值，血cos（曲+ g）称为稳态磁通, co血cos a + 0称为暂态磁通。为了得到空载合闸励磁涌流，利用变压器铁芯的磁化illi线，用作图法求解，如图1所示:图1作图法求解单相变压器励磁涌流(a)磁化曲线(b)励磁曲线当磁通0v0,时，变压器铁芯不饱和，励磁电感无穷大，电流等于0;当0>0、时，变 压器铁芯饱和，励磁电感迅速减小，从而产住了励磁电流，分析可知励磁涌流是由于变压器 空载投入产生的撫态磁通引起的。由于磁通不能突变，在空载投入吋，变压器不会饱和，要 经过一段时间才

4、会产牛励磁涌流，出现间断角。若不考虑变压器的损耗，暂态磁通不会衰减, 励磁涌流呈现周期性的变化:若考虑变压器的损耗，暂态磁通逐渐衰减，使得涌流的幅值逐 渐变小，肓到涌流消失。2.2励磁涌流的特征及危害单相变压器励磁涌流主婆有以下特点：(1)波形偏向于时间轴一侧，并且出现间断。涌 流越大，间断角越小。(2)含冇大量的高次谐波，并月以二次谐波为主。间断角越小，二次 谐波也越小。(3)含有人量的非周期分量，间断角越小，非周期分量越大。(4)励磁涌流是 否产牛以及产牛的的大小与合闸角有关。三相变压器励磁涌流的特点：与单相变压器励磁涌流相比，英中一相或两相励磁涌流的 二次谐波明显减少，但至少还存一相励磁

5、涌流含有-大最的二次谐波。励磁涌流仍然间断，但 是间断角明显减少，英中以対称涌流的间断角最小。某和励磁涌流可能不再偏离时间轴的一 侧，变成了对称涌流。其它两相仍然为偏离时间轴一侧的非对称涌流。对称性涌流的数值鮫 小，非对称性涌流仍含有人量的非周期分量，但对称性涌流屮无非周期分量。三相电压之间 冇相位差，三相励磁涌流不同，任何情况下空载投入变压器，至少在两相中要出现不同程度 的励磁涌流。励磁涌流最大的危害是可能引起变压器差动保护动作，使得变压器投运失败。数 值很大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电动力过大受损，同时励磁涌流会诱发操作过电 压，损坏电气设备。励磁涌流中的人量谐波还会对电网电能质疑造

6、成严重的污染。2.3针对励磁涌流问题所采取的措施由于励磁涌流的产生将造成变压器差动保护误动隐患，fi前在微机型变压器保护中主 要采取以下三种扌凿施來加以解决：(1) 二次谐波制动原理二次谐波制动原理简单明了，但是在应用吋也有较大的局限性。缺点之一是很难适当 选择制动比。其二是励磁涌流是暂态电流，不适合用傅氏级数的谐波分析方法。其三是大型 变压器励磁涌流衰减较慢，导致菲动保护被长时间闭锁，内部故障时暂态电流屮含冇较人的 二次谐波，保护不易识别，并且动作延时。在剩磁较多时涌流中二次谐波含量变的很低，很 容易导致差动保护课动。（2）间断角原理间断角闭锁原理是利用励磁涌流波形具有较大的间断而短路电流波

7、形连续变化不间断 的特征作为鉴别判据，简单直接。但它是以精确测量间断角为基础，如遇到暂态饱和传变会 使涌流二次侧间断角发生畸变，有时会消失，必须采取某些措施来恢复间断角，这样就增加 了保护硕件的复杂性。同时间断角原理需要较高的采样率以准确地测量间断角，这对cpu 的计算速度提出了更高的耍求。此外，用微机实现间断角原理吋硬件成本高。（3）波形对称原理波形对称原理原理是利用差电流导数的前半波与后半波进行对称比较，根据比较的结果 判断是否发生了励磁涌流。该原理是间断角原理的推广，比间断角原理容易实现，克服了间 断角原理对微机侦件要求太高的缺点，可实现快速出口和可靠闭锁于涌流。但是该原理的应 用的问题

8、有：比较阈值和对称范围（对称角度）只能通过试验的方式设定或修正，结果潜伏 了误判的隐患。该判据还受到谐波的影响，如在剩磁较多的时候，其励磁涌流中的谐波含量 较少，容易课判为故障电流，在对对称度较高的对称涌流进行判别的时候可能产牛课动。另 外，当故障电流畸变严重吋，需要延时出口。3 变压器和应涌流问题分析3.1和应涌流的产生机理以两台单和变压器t1和t2并联运行为例来说明和应涌流的产生过程，等效电路如图 2所示。图3两台变压器并联且运行变床器带负载的等效电路为方便分析，设t1空载运行。合上开关k空载投入t2示，在t1产生和应涌流以前显 然有f1=0, i2=is（）f可求得t2的涌流在t1中产生

9、的偏磁为:（c°s组_cos生）血 几+ %x2”入九冰为变压器t2空载投入后第k个周期时t1的偏磁；0&为t2笫k个周期的涌流间断角；0.0为相应的无损变压器的间断角。变压器是否会产生和应涌流，取决于其偏磁能否积累到饱和点，也就是说当满足下式 时t1会产生和应涌流：0.0_ （cos 才-一 1）0” > 01刖 一 1 （取稳定后 0.0 = 2龙）01,如为t 1的饱和磁通。由此町以看到，合闸角a=q时最容易产生和应涌流。系统电阻与空投变压器电阻的 比值匚2。对和应涌流的产生以及衰减有很人的影响。比值越小，越不容易产牛和应涌 流，若产生和应涌流，则衰减也比较快。由

10、此可见，在低电压等级的系统中，由于系统心 的相对值比较大，因而更容易产生和应涌流。以上假定是t1空载运行，如果t1带负载则有如图3等效电路。由于t1支路屮勺分压作用，使得t1的偏磁变化量更小，从而使得和应涌流的出 现吋间延后，幅值变小，在某些条件（重载）下和应涌流可能消失。需要着重指出的是，并列运行的两台变压器t1和t2 ,当t 2空载合闸时，只冇二者 中性点均接地时才会在t1屮产牛和应涌流，否则只在t2屮产牛励磁涌流。以上从偏磁衰减 的角度解释了和应涌流产生的本质原因 并列运行的两台变压器，空载合闸的一台变压 器t2产生励磁涌流，励磁涌流流过系统电阻，并在两台变压器公共接入点引起电压波动，

11、从而在另一台运行变压器t1产生偏磁，若空载合闸角适当，使t1上积累的偏磁大丁其饱和 磁通，在t1中便会产牛和应涌流。山此可见，対于三相变压器而言，运行的变压器t1中性 点是否接地都有可能产牛和应涌流。3.2和应涌流的特征及和应涌流的危害和应涌流的主要特征如下：（1）相对于励磁涌流而言，和应涌流为负（反）向的，即当 变压器空载合闸而铁芯为正向饱和时，并联运行变压器的铁芯趋向反向饱和。（2）变压器 山初始的不饱和状态逐渐过渡到饱和状态，和应涌流将山小到大逐步增长，和应涌流的大小 与励磁涌流的大小有关。相对于和应涌流的上述特点，存在如下和应的问题：（1）由于和应涌流方向相对于励磁 涌流方向反向。当系

12、统中某台变压器空载合闸时，零序电流通过两变压器中性点、大地进入 运行变压器，可能引起运行变压器零序过流保护误动跳闸。（2）由丁大容屋变压器空载合 闸的暂态过程持续时间长，和应涌流增长也较缓慢.运行变压器的差动保护有可能在变压器 空载合闸一段时间后，由于和应涌流课动跳闸。3.3针对和应涌流问题所采取的措施运行屮发住过当系统小某台变压器空载合闸时，正在运行的变压器零序过流保护谋动跳 闸事故。针对此事故的防范措施是：（1）正确计算各种系统运行方式下其它变压器空载合 闸时在木变压器中性点流过的最大零序电流值，确整定变压器零序电流保护的各段定值, 防止零序保护课动；（2）应尽量使设备在正常接线运行方式下

13、运行，设法减少或避免在特 殊运行方式下运行，以防止零序保护定值可能不满足特殊运行方式的要求而造成零序保护误 动作。针对和应涌流的产生原理，为防止和应涌流的产生，冇几条切实可行的现场防范措丿瓶（1）变压器空载合闸前应将站内所有电容器退出运行，同时宜选择负荷高峰期进行变 压器空载合闸充电，这些都能有效减少和应涌流。（2）变电站给变压器充电侧有两段以上母线的，应尽量使待空载充电变压器与仍在运 行的变压器分列，以减少二者通过公共母线电压耦合而产生和应涌流的儿率。（3）llokv及以下变电站，满足零序网络情况下应尽量使正在运行的变压器中性点不 接地。（4）在满足保护町靠性前提下，可以设置另一套定值并保存在其他分区：将运行变压 器的差动保护门槛值设高，只有在并联变压器空载合闸前才将此分区定值投入。(5) 可加装电压继电器闭锁差动保护出口，通过压板的投退方便地实现切换，只冇在 并联变压器空载合闸前才投入低电压闭锁功能。4 结语励磁涌流及和应涌流在运行操作和保护设计整定过程中是一个不可忽视的问题,木文在 理论分析的革础上研究了两种涌流的产生机理，探讨了它们各口的特征及危害，同吋从防止 涌流问题造成变压器保