！ Ｑ： Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 工程技术 变压器励磁；甬流抑制器在实践中的应用 何子春 （西安热工研究院有限公司 西安 ７１ ００３２） 摘要：本文主要从变压器励磁涌流的形成原因出发，分析了对励磁涌流的研究现状和变压器励磁涌流抑制器的原理及特点，并且阐述了 励磁涌流抑制器在实践中的应用。 关键词：励磁涌流 磁路饱和 抑制器 初相角 应用 中图分类号：ＴＭ４ ２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１ ６７４—０９８ｘ（２ｏ１１）０６（ｂ）一０ｌ ３５－－０２ 多年以来，电力同仁一直在利用各种 另一个误区是利用数学物理的方法对励磁 流对电力系统的危害是非常严重的。由励 方式来进行励磁涌流与故障电流特征的研 涌流进行识别，以起到在变压器进行空投 磁涌流现象引起的电压骤降、谐波污染、操 究，以最大限度地降低由励磁涌流所引起 电源时对继电保护装置进行闭锁，就是“逃 在整个电力系统中，变压器的励磁涌 作过电压以及保护误动等电力系统故障， 继电保护装置误动的几率，但是一直都没 避”涌流方案。这两个误区都有各自致命的 都是电力部门极为关注的问题。现在大部 有取得大的突破，有些甚至以牺牲设备可 缺点。使偏磁不产生电源电压合闸角的时 分的电力部分对变压器励磁涌流都采取 靠性为代价，比如采取延长保护动作时间 刻只有两个，也就是正弦电压的两个峰值 “识别”的方式，但是励磁涌流的形式变化 以及降低保护灵敏度等。所有这些都证明 点为９０。或者是２７０。，如果偏离这两个点偏 非常多，导致了识别的准确率非常低。根本 了目前在理论上无法完成对万变的励磁涌 磁就会产生，这就要求所有控制合闸的设 的排除的方法就是从识别转为抑制，采用 流的准确识别，所以，采用消除励磁涌流的 备都要具备非常精确以及稳定的动作时 励磁涌流抑制器能有效地抑制甚至消除变 方法才是真正可以实现抑制涌流的正确方 间。这是因为动作时间后移或提前ｌ毫秒， 压器的励磁涌流。 式。利用数学或者是物理方式，很难实现对 合闸相位角就会产生ｌ ８。的误差。此外，三 涌流的准确识别，这是由于产生励磁涌流 相电压峰值产生的时间要相互相差１２０。左 １变压器励磁涌流成因分析及研究现状 的因素很多，如合闸相位角以及该变压器 右，一般为了完全消除三相励磁涌流，必须 由若干经磁路耦合绕组集合而组成的 电磁参数等等。大量的电力同仁通过科学 通过对断路器进行三相分时分相合闸操 变压器，本质上来说每个绕组都是一个电 研究工作仍然无法进行涌流的准确识别， 作，而电力系统规程中明文规定了禁止进 感，磁路铁心饱和程度决定了其电感值的 换句话说采取躲避涌流的方案可行性不 行导致非全相运行的分时分相操作，部分 大小，当磁路饱和时会大大降低其电感值， 高，这一方案的另一个重要的缺点就是“包 断路器也在结构上采取了禁止这种分相操 同时也意味着其电抗会大大降低，励磁电 庇”了涌流现象的发生，所以导致了涌流对 作的措施。 流则会相应地增加了。当变压器的任意绕 电网的危害依然存在。 组感受到了外加电压的突然增大后，此绕 一直以来，电力同仁都认为人们无法 ２变压器励磁涌流抑制器在抽水蓄能电站 组根据基于磁链守恒定律，会立刻产生一 完成对变压器剩磁的极性以及数值进行准 中的应用 种能够抵御外加磁通的反磁通，如果所产 确测量，所以都放弃了利用偏磁来抵消剩 位于东北的白山抽水蓄能电站，电站 生的“偏磁”反磁通与原磁路中的剩磁极性 磁的抑制方案，导致了他们在研究抑制涌 装机容量为两台１ ５Ｏ Ｍｗ的抽水蓄能机组， 相同时，很容易引起磁路的饱和，从而产生 流方面产生了两个较大的误区，一个误区 大部分设备为进口设备，于２００６年相继投 强大的励磁涌流。反之，如果偏磁与剩磁极 是对变压器空投电源时的电压合闸相位角 入运行。该抽水蓄能机主要有发电、发电并 性相反，不会产生饱和磁路，也就不会有强 进行控制，使之不产生偏磁，从而控制变压 调相、水泵及水泵调相、停机等五种稳态运 大励磁涌流出现的现象。 器在空投电源时的磁路不出现饱和状态。 行方式。该发电机组在从发电运行转入水 泵工况方式时，从计算机监控系统发令至 变压器高压侧断路器空载合闸瞬间，在变 压器高压侧电流表出现了指示明显不正常 的现象，该蓄能电站采用了涌流抑制器来 抑制励磁涌流对电站的危害。 ２．１主变压器高压侧断路器空载合闸失败 分析 在进行白山抽水蓄能电站机组的初期 试验过程中，在对变压器进行充电时，合上 高压侧断路器ＭＴＣＢ，经常会出现变压器 电流表指针摆动幅度很大的现象，然后就 很快的恢复到变压器空载的正常电流值范 围内，这一现象多次导致了变压器继电保 图１ 变压器电压初相角Ⅸ为零时的磁通变化曲线图 护装置误动作，造成了主变压器的空载合 电露 闸操作不成功。经过电力同仁对该问题的 多次分析与总结，最终确认这一现象产生 的根本原因是由于变压器空载合闸产生的 励磁涌流造成的。 当合上主变压器高压侧断路器ＭＴＣＢ 对变压器进行充电时，在变压器磁路中产 生主磁通的波形和高压侧的电源电压的波 形基本相同，即为正弦波。磁路中的磁通通 图２ 涌流抑制器与断路器连接控制原理图 常要比电源电压要滞后９０。左右，而变压器 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ １ ３５ Ｑ： ！ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｌｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 工程技术 的外加电压在不同的初相角ａ合闸时所产 压器电流表指针摆动幅度非常大甚至造成 电源电压在进行断路器三相联动合闸动作 生的磁通中则是不相同的，在进行合闸操 变压器保护误动现象的根本原因。 时，其合闸初相角要相差１２０。，三相暂态磁 作的瞬间中 （暂态磁通）的值和初相角ｏ【有 ２．２采用涌流抑制器抑制变压器涌流发生 通极性也相互相差ｌ２０。，用Ａ相为列子，在 密切的联系，在变压器９０。或者是２７０。进行 电站工作人员通过分析，一致认为只 合闸角度为９０ 或者是２７０。时，Ａ相的涌流 空投时 ＝０；而在０ 或者是１８Ｏ。进行空投 要将变压器电压初相角０【控制在９０。或者 现象基本消失，另外的两相由于电压相位 时中 （暂态磁通）可以达到峰值 。对变压 是２７０。时进行空载合闸操作，就可以极大 相差ｌ２０。，涌流现象就非常明显。在白山抽 器电压初相角ａ为零时的磁通变化曲线进 的避免由于励磁涌流带来的影响。为此，白 水蓄能电站采用了ＳＩＤ－３ＹＬ系列涌流抑制 行分析。 山蓄能电站采用智能公司生产的ＳＩＤ２３ＹＬ 器进行涌流抑制之后，消除了电站主变压 在图ｌ中：中 为稳态磁通ｌ 为中 与中 系列励磁涌流抑制器来进行变压器励磁涌 器高压侧电流表指针摆动异常现象，从而 合成的总磁通（不包括剩磁中…） 则为 流的抑制。涌流抑制器和断路器连接的原 解决了白山抽水蓄能电站机组在从发电运 变压器饱和磁通。 理如图２所示。 行转入泵工况启动运行方式时，变压器空 在电压相位角大小位置在０，到ｅ，之 主要由电站监控系统来完成对该涌流 载合闸时所产生的浪涌对变压器本身及其 间时，总磁通中要比饱和磁通中 大，此时 抑制器的运行控制，当涌流抑制器接收到 二次系统的冲击，最大限度的避免了由励 磁路为饱和状态，从而引起励磁涌流ｉ ．的产 被控电路的电流以及电压等的信号，电站 生，ｉｖ具有间断性的特点。当线路中的总磁 监控系统获取三相电源的分闸角及其合闸 通包括剩磁中一时，就由剩磁、暂态磁通以 角的值。由涌流抑制器将断路器的分、合闸 及稳态磁通三部分组成了线路总磁通。在 命令发送给断路器的分、合闸控制回路。当 对图１的分析中，不难看出暂态磁通的状态 断路器的分、合闸动作到位以后，依靠辅助 下，如果剩磁为正值，则总磁通曲线向上平 接点来控制涌流抑制器的退出。 移，也就是磁路更加容易饱和，此时产生的 采用了涌流抑制器与无涌流抑制器的 励磁涌流幅值会比较大。这个就是出现变 电流波形图如图３所示。从图中可以看出， （ａ）涌流抑制器投入前电流相量的波形 （ｂ）涌流抑制器投入后电流相量的波形 图３ 涌流抑制器投入前后的波形对比图 １ ３６ 科技创新导报Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 磁涌流而引起的变压器保护装置的误动 作，大大降低其对电网以及用电设备的不 利影响。 白山抽水蓄能电站应用涌流抑制器来 抑制变压器励磁涌流故障，充分说明了变 压器励磁涌流抑制器应用的合理性及可行 性。根据该蓄能电站合闸失败的产生机理 可以看出，由于变压器的励磁支路铁芯饱 和引起的非线性是产生励磁涌流最根本的 原因所在。励磁涌流现象仅仅通过变压器 的原绕组，而不能反应变压器的副绕组，因 此，在差动回路中产生较大不平衡电流引 起保护装置的误动作，同时产生较大的电 动力危害用电设备的安全。因此，采取变压 器励磁涌流抑制器完全可以避免励磁涌流 的产生及其所造成的危害，从而提高变压 器继电保护在实际运行中的可靠性。 ３结语 随着近年来我国国民经济的高速发 展，在Ｅｔ常的生活与生产中对电力的需求 也越来越高，整个电力系统的规模也越来 越大，许多大容量变压器在电力系统中的 作用也Ｅｔ渐突出。同时，也对其继电保护提 出了更高的要求。我国电力部门一直将差 动保护作为变压器保护的主保护，但是，变 压器的励磁涌流依然是导致差动保护误动 作的主要原因之一，因此，采用励磁涌流抑 制器进行变压器励磁涌流抑制，是保证变 压器差动保护安全、稳定运行的重要保证。 参考文献 ［１】陈剑，李炜．变压器励磁涌流的特性分 析及应用【Ｊ】．湖南电力，２００５（４）． ［２】刘力强，李楠．电力变压器的励磁涌流 …．电气制造，２００９（６）． ［３］姜军，王志超．变压器励磁涌流的危害 及抑制方法［Ｊ】．北华大学学报（自然科 学版），２００７（５）． 【４】郝治国，张保会，褚云龙，顾丕骥．变压 器空载合闸励磁涌流抑制技术研究【Ｊ】． 高压电器，２００５（２）． ［５］李孟秋．电力系统继电保护与故障检测 新方法研究【Ｄ】．湖南大学，２００７． 【６］苏方春，张大勇，李凯．一种有效变 压器励磁涌流的方法［Ｊ］．电气开关， １９９７（５）．
