汪昊銘 申國標 錢兵

摘要：變壓器在進行試驗時，經(jīng)常會由于操作不當或者設(shè)備選取不當?shù)葐栴}導致變壓器的鐵芯中存在大量剩余鐵芯，進而致使變壓器的工作不能正常進行。筆者結(jié)合多年一些的實踐經(jīng)驗，對試驗完成后變壓器存在剩磁的原因進行了探究，并在此基礎(chǔ)上提出了一些有針對性的消磁方法，期望能夠給相關(guān)從業(yè)人員人員及研究人員提供一些借鑒及參考。

關(guān)鍵詞：變壓器沖擊;勵磁涌流;預防性試驗;剩磁;消磁

前言

剩磁問題的產(chǎn)生對變壓器的正常工作產(chǎn)生了極大的影響，對其他與變壓器相關(guān)的試驗的進行也產(chǎn)生了一定的妨礙，因此，深度剖析剩磁產(chǎn)生的原因，并尋找相應的消磁方法是十分重要的。

1直流電阻測試產(chǎn)生剩磁的原因

常見的電力變壓器繞組的電感的容量都比較大，從幾百到幾千亨不等，而其所使用的直流電阻的卻十分的小，幾乎可以以微歐來計，同時大型變壓器所需的供電量也十分大，即使是用電流較大的穩(wěn)壓電源也要持續(xù)充電多個小時才能達到飽和。而為提高電力變壓器繞組的充電效率，當前行業(yè)被普遍更換了原來的穩(wěn)壓電源，而使用新型的電壓與電流都比較穩(wěn)定的電源進行充電。該次變壓器的直流電阻實驗所使用的相關(guān)測量設(shè)備帶助磁的電流恒定式測試儀是出自行業(yè)內(nèi)某知名電子儀器設(shè)備公司。通常情況下，電源不可能達到電壓和電流的同時穩(wěn)定狀態(tài)。而這種儀器的作用就是依據(jù)電路中電源的負載的大小，來判斷電源就是是出于穩(wěn)壓還是處于穩(wěn)流狀態(tài)。本次試驗的電源是處于穩(wěn)流狀態(tài)下的。其具體的工作原理為：當總開關(guān)閉合后，電源處于穩(wěn)壓狀態(tài)，電路中的電流逐漸增大，當電流增大到穩(wěn)定電流的標準時，電源便會轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)流狀態(tài)。電源的穩(wěn)壓越高，電源的供電速度也就越快，穩(wěn)定電流越大，變壓器的鐵心中的磁飽和程度也就越高，不但能夠加快電源到達穩(wěn)壓或穩(wěn)流狀態(tài)的速度，而且還能提升測量數(shù)據(jù)的精確性，提高實驗效率。在實驗的過程中，閉合回路中通入的電流是恒定電流，而儀器所設(shè)定的穩(wěn)定電流的大小為十安培。

就當前水平而言，直接對測量變壓器的低壓一側(cè)的線圈的直流電阻進行測量，操作十分困難，所以當前最常見的方法是使用助磁法以及高電流法間接進行測量，這兩種方法的原理都是通過使變壓器的鐵心中的磁感應強度迅速達到預設(shè)狀態(tài)，進而使電流電壓達到穩(wěn)定狀態(tài)。

為使助磁效果達到理想狀態(tài)，就要將變壓器的兩側(cè)的繞組進行串聯(lián)，使其電流方向相同，但因為高壓側(cè)線圈匝數(shù)遠多于低壓側(cè)，所以僅需較低的勵磁電流便能夠讓鐵心達到飽和狀態(tài)，而十安培大小的磁力電流便可使任何容量的變壓器的鐵心達到飽和。

由上述的測試方法可以看出，要達到主變鐵心的飽和狀態(tài)所需要求較低，而如果不能夠良好控制試驗時間，便會導致大量剩磁的產(chǎn)生。

2變壓器勵磁涌流與變壓器剩磁的關(guān)系

勵磁電流的大小對主變鐵芯的飽和程度以及測試時間的長短均會產(chǎn)生不同程度的影響，以下是剩磁的產(chǎn)生與變壓器勵磁涌流的聯(lián)系：

（1）如果把變壓器當作一個非線性電感，即變壓器線圈中本身便含有導磁介質(zhì)，在閉合開關(guān)時，外部電壓的存在便會使變壓器內(nèi)部形成一個小型電磁場，并產(chǎn)生一個磁通量，如果這時變壓器中存在剩磁，而剩磁的磁極又恰好與變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的磁通量一致，外部電壓便會對變壓器的總磁通產(chǎn)生影響，使磁通的大小與電壓的變化呈正方向變化，進而導致勵磁涌流的增大;但如果變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的磁通與剩磁的磁極相反，那么總磁通的大小與電壓便會呈反方向變動，進而使勵磁涌流降低。

（2）勵磁涌流是通過變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的磁通間接影響鐵心的飽和度，產(chǎn)生影響的前提是磁化的特殊性質(zhì)。變壓器鐵芯的飽和程度越高，一定大小的磁通的量的產(chǎn)生所要通入的勵磁電流也就越大。如果在開關(guān)閉合的時間點不適宜，就會導致變壓器內(nèi)部的鐵心出現(xiàn)過度飽和，進而導致勵磁電流迅速增大，勵磁電流的大小約為變壓器不存在任何負載時的電流大小的一百倍，如果去除線圈電阻的影響，勵磁電流將會在開關(guān)閉和后的半周左右達到最大值。

（3）勵磁涌流的大小與開關(guān)閉合瞬間產(chǎn)生的電壓的關(guān)系：處于交流電路中時，電壓與磁通量之前總會存在一個九十度的相位角，且磁通處于落后位置。若在開關(guān)閉合的瞬間，電壓恰好處于峰值，那么磁通量的大小恰好為零，換而言之，在變壓器內(nèi)部的鐵心中存在著一個穩(wěn)定的磁通量，這是變壓器中不存在勵磁電流;而如果當開關(guān)閉合的瞬間，電壓的大小恰好為零，鐵心中的磁通量便會立刻達到最大值。

（4）一般而言，在正常運行的過程中，變壓器的磁路都是處于飽和狀態(tài)的，處于A工作點，而如果變壓器的一側(cè)沒有負載的情況下，向另外一側(cè)開關(guān)閉合，并接入額定電壓，處于B工作點，這是磁路便會處于過飽和狀態(tài)，開關(guān)閉合所產(chǎn)生的勵磁電流大約是額定電流的六倍，但這一大小尚處于可控范圍之內(nèi)，由于在進行電路設(shè)計時便已經(jīng)做好了預防措施，所以不會產(chǎn)生太大的問題。但若變壓器中存在剩磁，受剩磁的影響，變壓器的磁路便可能處于C工作點，而變壓器的勵磁電流的大小將會遠高于限定的極值，這時應立即采取防護措施，切斷變壓器與線路的連接。

3剩磁影響分析

3.1剩磁導致變壓器過電壓

過電壓現(xiàn)象的發(fā)生離不開各類儲電元件的運轉(zhuǎn)。變壓器的局部放電試驗需要強度為二百五十赫茲的電磁進行輔助，而若鐵心中存在剩磁，便會導致變壓器電壓較高的一端產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象，對變壓器的內(nèi)部組件造成損傷。

3.2剩磁導致互感器計量誤差

從磁路為出發(fā)點進行分析，可以得出結(jié)論：電流互感器的勵磁與工作兩種磁勢的比值就是電流互感器中的基本誤差。而一旦電流互感器的鐵心存在剩磁，便會致使勵磁磁勢增大，從而導致基本誤差擴大，進而導致計量結(jié)果出現(xiàn)嚴重偏差。在存在剩磁的情況下，電流互感器的誤差符號是不固定的，而剩磁可對誤差的檢驗產(chǎn)生0.4%的影響。若采用標準的硅鋼片和鐵鎳合金試樣進行檢驗，根據(jù)實際檢驗情況可得出，電流互感器誤差的正負通常取決于剩磁強度。若強度較弱，則誤差為正;若強度較強，則誤差為負。

3.3剩磁導致互感器鐵磁諧振

剩磁對于電壓互感器中的磁飽和產(chǎn)生影響，同時還會導致非線性、鐵磁諧振等問題的出現(xiàn)。在一定條件下，剩磁對大大減少電磁式電壓互感器中鐵心達到飽和狀況的時間，甚至會致使鐵磁諧振現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4目前現(xiàn)場消除剩磁的方法

4.1直流法消除剩磁

直流法消除剩磁是以電工理論為基礎(chǔ)，正向、反向交替通入直流電源，之后再緩慢降低通入電流的大小，以迫使變壓器鐵心中所存在的磁滯回環(huán)變小，逐漸失去滯磁的效力，以消除剩磁。按電工理論，正反向通入直流電流，并逐漸減小，縮小鐵心的，達到消除剩磁的目的。

在使用該種方法進行消磁時，需要配備以下器材：電壓為12V的蓄電池作為電源;一個最大電流為5A，調(diào)節(jié)范圍在零至一百歐間的可變電阻;A、A1兩個測量范圍為5～10A的直流電流表;一個兩百歐的固定電阻;K1、K2、K3三個單向開關(guān);一個雙向開關(guān);在被用于實驗的變壓器電壓較高的一端的各個相鄰的繞組建通入直流電源。

4.2交流法消除剩磁

交流法消除剩磁就是變相的利用單相空載試驗的原理消除剩磁。首先，在用于試驗的變壓器電壓較低的一端的各個相鄰的繞組線圈間分別加上五十赫茲的交流電壓，并將高壓側(cè)的中性點與地面連接。其次，根據(jù)電源容量的大小調(diào)整補償電容器，降低電源的供電大小，以與試驗變壓器電壓較低的一端相連接的電壓表示數(shù)為判斷依據(jù)，緩慢地將電壓升高到額定電壓的一半，保持該種狀態(tài)五分鐘左右，然后再將電壓以平均、緩慢的速度歸零，之后再以相似的速度將電壓提升至額定電壓的最大值，如此反復多次，直至消磁達到理想效果。

4.3開路消磁法

在消磁的過程中，要為電流的互感器串聯(lián)或并聯(lián)一個阻值極大的導體，使之形成開路狀態(tài)，接著通過升流變壓器向其中通入一定大小的額定電流，通常為10%到15%之間為宜，然后再緩慢的將電流降到最低。使用該種方法進行消磁，通常要反復重復多次，才能達到最佳效果。此外，在進行消磁時，還要在線圈匝數(shù)較多的輸出端接入一個交流峰值電壓表，對輸出端的電壓大小進行監(jiān)測，一旦當交流峰值電壓表的示數(shù)大于2.6千伏使，要立刻停止加大通入電流。此外，還要注意的是，使用該種方法進行消磁時，變壓器的輸出端產(chǎn)生的高電壓會對與之連接的負載及操作人員的安全造成極大的威脅。所以，在進行試驗時，相關(guān)人員務必要落實人員及設(shè)備的安全保護措施。

4.4閉路消磁法

在電容足夠大的情況下，在進行二次繞組時，在線路上串聯(lián)一個約等于額定負荷的十至二十倍的電阻，對線路通以不同大小的電流，在零到額定電流的一點二倍的范圍中，由小到大，緩慢施加，然后由大到小緩慢降低，直至降到零為止。

4.5其它方法

在鐵心上制作一些大小適宜的小孔或縫隙也可以達到消磁的目的，不過一般情況下在消磁的效果有限。同時要注意的是，使用該種方法時，繞組鐵心要使用特定的材料進行制作，如非晶、坡莫合金等。

5高壓變壓器局部放電試驗的常見故障與處理

5.1分接開關(guān)檔位的設(shè)置

經(jīng)過實際操作證明，高壓變壓器的分接開關(guān)的控制能力較弱，開關(guān)處于任意檔位，高壓側(cè)所承受的線圈間的電壓總是遠高于低壓側(cè)。因此，在進行局部放電試驗時，可直接將分接開關(guān)調(diào)到較高的檔位，無需從低檔進行一一調(diào)試，一般情況下，調(diào)到十七檔較為合適。

5.2高壓端繞組的變形檢測

經(jīng)實際測量結(jié)果顯示，高壓變壓器的高壓套管的高度是普通電壓器的數(shù)倍，因此，在缺乏外力的幫助下，要進行通過人工攀爬進行實現(xiàn)，不僅危險系數(shù)非常高，而且可操作性較小，工作難度較大。所以在實際對變壓器的繞組進行檢測的過程中，通常使用在電壓器的套管末屏獲取信號的方式，不僅能減少工作量，且不存在安全問題。

結(jié) ?語

綜上所述，要消除變壓器使用后的剩磁，就必須結(jié)合變壓器的實際情況，從源頭上尋找有效方法進行消磁，才能達到預期的效果，為變壓器的后期使用做好準備工作，確保相關(guān)工作的順利進行。

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