盧寧　王洋

摘要 ：本文主要就變壓器試驗(yàn)后剩磁產(chǎn)生的原因及消除剩磁的方法。大型變壓器在預(yù)防性后，由于試驗(yàn)設(shè)備使用不當(dāng)，或試驗(yàn)順序不正確，會(huì)在變壓器鐵芯內(nèi)造成大量剩磁的存在，給變壓器其他試驗(yàn)及倒送電造成沖擊影響。本文談了談自己的觀點(diǎn)，希望對(duì)同行工作人員有所幫助。

關(guān)鍵詞 ：變壓器沖擊 勵(lì)磁涌流 預(yù)防性試驗(yàn) 剩磁 消磁

一、前言

在變壓器試驗(yàn)工作進(jìn)行的過(guò)程中，剩磁的出現(xiàn)極大的干擾了變壓器所需要進(jìn)行的其他實(shí)驗(yàn)工作，所以，一定要分析出變壓器試驗(yàn)剩磁出現(xiàn)的原因，進(jìn)而提出消除的方法。

二、直流電阻測(cè)試產(chǎn)生剩磁的原因

由于電力變壓器繞組的電感很大為數(shù)百亨至數(shù)千亨，而直流電阻很小最小至數(shù)百微歐，用穩(wěn)壓電源給大型變壓器繞組充電達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)十分鐘至數(shù)小時(shí)，為解決穩(wěn)壓電源給繞組充電的穩(wěn)定時(shí)間過(guò)于長(zhǎng)的問(wèn)題，現(xiàn)在普遍使用的是采用穩(wěn)壓穩(wěn)流電源充電的方法。此次變壓器直阻測(cè)量使用的測(cè)量?jī)x器是某公司生產(chǎn)的BZC-3391（帶助磁）恒流式測(cè)試儀。該儀器可根據(jù)電源負(fù)載的大小，來(lái)決定穩(wěn)壓穩(wěn)流電源是工作于穩(wěn)壓狀態(tài)還是穩(wěn)流狀態(tài)，電源只能工作于其中一種狀態(tài)，此次測(cè)試選擇的是穩(wěn)流狀態(tài)下。其工作原理如下：RN為電流取樣電阻，E為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的最大穩(wěn)壓電壓，I為儀器設(shè)定的穩(wěn)流電流，開(kāi)關(guān)K合上后，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源剛開(kāi)始工作于穩(wěn)壓狀態(tài)，回路電流逐步上升，當(dāng)充電電流達(dá)到儀器設(shè)定的穩(wěn)流電流時(shí)，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源進(jìn)入穩(wěn)流狀態(tài)。E越高充電速度越快，I越大鐵芯磁通密度飽和程度越高，可有效降低電感L以縮短穩(wěn)定的時(shí)間、I越大測(cè)量信號(hào)Vx越大，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確穩(wěn)定，為了節(jié)省測(cè)試時(shí)間，獲得更準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)，試驗(yàn)中，選用的是恒流模式，穩(wěn)定電流選擇的是10A。

快速準(zhǔn)確測(cè)量五柱式、低壓d聯(lián)接大容量變壓器低壓繞組直流電阻測(cè)量難度相對(duì)較大，依據(jù)目前解決該難點(diǎn)均是采用大電流法或助磁法來(lái)解決，其原理均是使鐵心磁通密達(dá)到飽和以達(dá)到快速穩(wěn)定的的方法。

為了更好的達(dá)到助磁效果，實(shí)際采用的高低壓繞組串聯(lián)助磁方法，其高低壓繞組的電流方向一致，由于高壓繞組匝數(shù)是低壓繞組匝數(shù)若干倍，因此較小的勵(lì)磁電流即可使鐵心達(dá)到飽和，l0A的勵(lì)磁電流即可滿(mǎn)足所有容量變壓器的要求（五柱式、低壓d聯(lián)接大容量變壓器低壓繞組低壓繞組采用四端法測(cè)試時(shí)，達(dá)到鐵心飽和的勵(lì)磁電流需幾十安以上）。

三、變壓器勵(lì)磁涌流與變壓器剩磁的關(guān)系

主變鐵芯可能出現(xiàn)大幅度飽和，而較長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間（低壓繞組測(cè)試時(shí)間約為每相30min）會(huì)造成較大的剩磁存在。變壓器勵(lì)磁涌流與變壓器剩磁的關(guān)系：

1、將變壓器看作一個(gè)強(qiáng)感性負(fù)載，即看作一個(gè)非線(xiàn)性電感，當(dāng)合閘時(shí)，變壓器上的電壓在變壓器內(nèi)部也產(chǎn)生一個(gè)磁通，當(dāng)變壓器有剩磁時(shí)，合閘后所產(chǎn)生的磁通如果和剩磁極性相同，則變壓器內(nèi)部的總磁通就會(huì)隨著電壓的升高而增加，從而勵(lì)磁涌流也會(huì)隨之增加，如果合閘后所產(chǎn)生的磁通和剩磁極性相反，則變壓器內(nèi)部的總磁通就會(huì)隨著電壓的升高而減小，從而削弱了勵(lì)磁涌流（此時(shí)正如上文所說(shuō)的，充電也是對(duì)剩磁去除的過(guò)程）

2、勵(lì)磁涌流與鐵芯飽和程度關(guān)系：變壓器繞組中的勵(lì)磁電流和磁通的關(guān)系由磁化特性所決定，鐵芯越飽和，產(chǎn)生一定的磁通所需的勵(lì)磁電流就愈大。由于在最不利的合閘瞬間，這時(shí)鐵芯的飽和情況將非常嚴(yán)重，因而勵(lì)磁電流的數(shù)值大增，勵(lì)磁涌流比變壓器的空載電流大100倍左右，在不考慮繞組電阻的情況下，電流的峰值出現(xiàn)在合閘后半周的瞬間。但是，由于繞組具有電阻，這個(gè)電流是要隨時(shí)間衰減的。對(duì)于容量小的變壓器衰減得快，約幾個(gè)周波即達(dá)到穩(wěn)定，大型變壓器衰減得慢，全部衰減持續(xù)時(shí)間可達(dá)幾十秒。

3、勵(lì)磁涌流的大小與合閘瞬間電壓的關(guān)系（理論推導(dǎo)與計(jì)算不在贅述）：在交流電路中，磁通Φ總是落后電壓U90°相位角。如果在合閘瞬間，電壓正好達(dá)到最大值時(shí)，則磁通的瞬間值正好為零，即在鐵芯里一開(kāi)始就建立了穩(wěn)態(tài)磁通，變壓器不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流；當(dāng)合閘瞬間電壓為零值時(shí)，它在鐵芯中所建立的磁通為最大值（-Φm）?？墒牵捎阼F芯中的磁通不能突變，既然合閘前鐵芯中沒(méi)有磁通，這一瞬間仍要保持磁通為零。因此，在鐵芯中就出現(xiàn)一個(gè)非周期分量的磁通Φfz，其幅值為Φm。這時(shí)，鐵芯里的總磁通Φ應(yīng)看成兩個(gè)磁通相加而成。鐵芯中磁通開(kāi)始為零，到1/2T時(shí)，兩個(gè)磁通相加達(dá)最大值，Φ波形的最大值是Φ1波形幅值的兩倍。因此，在電壓瞬時(shí)值為零時(shí)合閘情況勵(lì)磁涌流最嚴(yán)重。

4、變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，磁路設(shè)計(jì)已接近飽和，工作在A點(diǎn)，在最不利的空載合閘角時(shí)，工作在B點(diǎn)，磁路已非常飽和，激磁電流可達(dá)額定電流的6倍左右，這一數(shù)值是可以接受的，在設(shè)計(jì)中已給予了考慮，一般不會(huì)有什么問(wèn)題。如果發(fā)生剩磁影響，變壓器的磁路可能工作在C點(diǎn)（這取決于剩磁的大?。儔浩鞯募ご烹娏鲗⒋笥谠试S的最大值，保護(hù)將動(dòng)作切除變壓器。因變壓器三相互差1200，變壓器的鐵芯剩磁達(dá)足以影響變壓器正常工作時(shí)，變壓器空載合閘瞬間，主變?nèi)嚯妷旱姆禑o(wú)法控制，合閘瞬間電壓為零的一相勵(lì)磁涌流最大，對(duì)變壓器產(chǎn)生的沖擊越嚴(yán)重。對(duì)于三相變壓器可能只是瓦斯保護(hù)動(dòng)作或過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作，對(duì)于由三臺(tái)單相變壓器組成的三相變壓器組，剩磁影響出現(xiàn)的結(jié)果就是涌流大的一相瓦斯保護(hù)或過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作。

四、剩磁影響分析

電機(jī)組作為試驗(yàn)電源（簡(jiǎn)稱(chēng)電源車(chē)）。它利用三相異步電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)中頻同步發(fā)電機(jī)輸出電壓，通過(guò)中間升壓變壓器升壓，向被試變壓器低壓側(cè)施加電壓，在變壓器高、中壓側(cè)感應(yīng)出試驗(yàn)電壓。被試變壓器在中頻電壓作用下呈現(xiàn)為容性負(fù)荷，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，要采用電抗器補(bǔ)償?shù)姆椒?，使電流略呈感性，保證試驗(yàn)電壓的穩(wěn)定。

1、剩磁導(dǎo)致變壓器過(guò)電壓

變壓器中的電感、電容屬儲(chǔ)能元件，是過(guò)電壓形成的內(nèi)在因素。進(jìn)行變壓器局部放電試驗(yàn)時(shí)，要用250Hz中頻發(fā)。因此對(duì)變壓器做局部放電試驗(yàn)時(shí)，如果變壓器鐵心中殘存剩磁，將有可能在變壓器高壓側(cè)導(dǎo)致異常過(guò)電壓，損傷變壓器的主、縱絕緣。

實(shí)例中主變小修進(jìn)行直流電阻測(cè)試，試驗(yàn)儀器是LZ-C變壓器直流電阻測(cè)試儀，變壓器高壓側(cè)為星形接法，加20A的電流，測(cè)試時(shí)間約3min左右，低壓側(cè)為三角形接法，加50A的電流，測(cè)試時(shí)間30min左右，其他試驗(yàn)項(xiàng)目電流很小，可以忽略不計(jì)。剩磁主要來(lái)源于直流電阻的測(cè)試。

6、減少剩磁影響的措施

（一）減小直流電阻試驗(yàn)電流值及試驗(yàn)時(shí)間

在變壓器試驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量降低加載的電流值，可考慮使用助磁法進(jìn)行測(cè)量，把高、低壓繞組串聯(lián)起來(lái)，通電流測(cè)量，由于高壓繞組的匝數(shù)遠(yuǎn)比低壓繞組匝數(shù)多，借助于高壓繞組的勵(lì)磁安匝數(shù)，用較小的電流就可使鐵芯飽和，從而使繞組電感大為減小，以縮短測(cè)試時(shí)間，而達(dá)到快速測(cè)試的目的，從而盡量減小鐵芯中的剩磁。

（二）控制電壓合閘相位角

由鐵芯剩磁引起的勵(lì)磁涌流是可以抑制乃至消除的。由于偏磁的極性及數(shù)值是可以通過(guò)選擇外施電壓合閘相位角進(jìn)行控制的，因此，如果能掌握變壓器上次斷電時(shí)磁路中的剩磁極性，就完全可以通過(guò)控制變壓器空投時(shí)的電源電壓相位角，實(shí)現(xiàn)讓偏磁與剩磁極性相反，從而消除產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的根源———磁路飽和，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁涌流的抑制。

通過(guò)控制變壓器空投電源時(shí)的電壓合閘相位角，使其不產(chǎn)生偏磁，從而避免空投電源時(shí)磁路出現(xiàn)飽和。捕捉不產(chǎn)生偏磁的電源電壓合閘角只有兩個(gè)，即正弦電壓的兩個(gè)峰值點(diǎn)（90°或270°），如果偏離了這兩點(diǎn)，偏磁就會(huì)出現(xiàn)，如果動(dòng)作時(shí)間漂移1mm，合閘相位角就將產(chǎn)生18°的誤差。此外，由于三相電壓的峰值并不是同時(shí)到來(lái)，而是相互相差120°，為了完全消除三相勵(lì)磁涌流，可以分相控制斷路器合閘時(shí)間，來(lái)減小勵(lì)磁涌流。目前220kV及以上電壓等級(jí)的斷路器跳合閘時(shí)間已經(jīng)比較精確、穩(wěn)定。

（三）差動(dòng)保護(hù)設(shè)置二次諧波交叉制動(dòng)功能

設(shè)置二次諧波交叉制動(dòng)功能，即二次諧波不僅對(duì)本相起制動(dòng)作用，對(duì)其他相也起制動(dòng)作用，只要有一相檢測(cè)出涌流，三相都閉鎖。制動(dòng)作用時(shí)間通過(guò)保護(hù)裝置定值設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于三相五柱式變壓器而言，由于其各相之間除了與電之間的聯(lián)系外，磁路相互聯(lián)系，一相檢測(cè)出勵(lì)磁涌流后，應(yīng)當(dāng)閉鎖其它相。如此，只要保護(hù)裝置檢測(cè)出一相電流二次諧波分量達(dá)到閉鎖數(shù)值，閉鎖各相差動(dòng)保護(hù)。

八、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，要想有效消除變壓器試驗(yàn)后剩磁問(wèn)題，一定要從根源著手，提出有效的措施，進(jìn)而有效的消除試驗(yàn)后出現(xiàn)的剩磁，為今后的試驗(yàn)和其他工作奠定良好的基礎(chǔ)。

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