技术与市场 第ｌ８卷第１嗍２０ｌ１年 技术研发 变压器合闸励磁涌流的抑制方法研究 张 博 （深圳市地铁集团有限公司，广东深圳 ５１８０００） 摘要：探讨了变压器励磁涌流产生的原理及其因素，总结性的介绍了励磁涌流抑制技术，以供同行参考。 关键词：变压器；励磁涌流；抑制 ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００６—８５５４．２０１ １．１０．０１８ 由于变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料具有非线性的特 性，电力变压器在空载合闸投入电网时，会产生很大的励磁涌 流，有可能导致变压器产生保护装置的误动作，同时造成绕组 变形，因而会使变压器的寿命缩减。另外，由于电磁的干扰，会 影响变压器周围的设备的运行。 近些年来，我国的远距离输电系统越来越多，高压、大容量 电力变压器不断投产，对变压器的要求进一步提高。但是，我国 变压器保护的发展比较落后，效率不是特别明显。所以，对变压 器合闸励磁涌流的抑制方法进行研究，有着重要的指导意义和 作用。 １ 关于变压器励磁涌流的几个特点 一般来说，变压器励磁涌流有三大特点：１）含有较大成分 的非周期分量，往往使涌流偏向于时间轴的一侧。２）含有丰富 的高次谐波成分，其中主要是二次谐波。３）波形存在间断。从上 面的励磁涌流的特点可以看出来，变压器励磁涌流的大小与变 压器合闸初相角、剩磁大小、饱和磁通等因素都有关系。 ２励磁涌流产生的原因及对励磁涌流进行抑制的原理 励磁涌流产生的主要原因是：在变压器投入前，如果铁芯 中的剩余磁通与变压器投入时的工作电压产生的磁通方向相 同，那么会使其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量，因此，产 生比较大的励磁涌流，其中最大峰值可达到变压器额定电流的 ６～８倍。对于励磁涌流，要采取的策略是“抑制”。通过一定理论 和实践证明，发现励磁涌流是可以抑制的，甚至是可以消灭的。 因为从产生励磁涌流的根源来说，是在于当变压器任一侧绕组 感受到外施的电压增加时，该绕组在磁路中将会产生单极性的 偏磁，如果偏磁极性恰好和变压器原来的剩磁极性相同，那将 会导致磁路饱和，会产生很强烈的励磁涌流。在一定的情况下， 如果能够了解变压器上次断电时磁路中的剩磁的极性，那么完 全可以通过对变压器空投时的电源电压相位角进行控制，达到 让偏磁与剩磁两者的极性相反的目的，从而实现对励磁涌流的 抑制。 ３对变压器合闸励磁涌流抑制所采取的方法 ３．１选相位关合技术法 如果采取选相位角关合技术，可以对空载变压器励磁涌流 进行消除。通过ＥＭ ｒＰ仿真结果表明，该方法在很难精确测量铁 芯剩磁的情况下，可以很好地抑制变压器励磁涌流产生过程。 我们从变压器励磁涌流的影响因素可以看出，变压器励磁涌流 的大小与合闸的初相角有密切的关系。选相位关合法通过控制 三相合闸的时间，即控制三相开关合闸的初相角来削弱励磁涌 流的幅值，是一种很有效的措施。 ３．２通过控制三相开关合闸时间 此种方法理论基础是：我们将变压器看作是一个具有强感 性负载的机械，也就是说把它看成一个非线性的电感。当合闸 时，变压器上的电压变压器内部会产生一定的磁通量。在变压 器存在剩磁时，如果说合闸后所产生的磁通和剩磁的极性是一 样的，那么对于变压器内部的总磁通而言，电压升高，磁通量也 会随着增加，产生出更大的励磁涌流；但是，如果合闸后所产生 的磁通和剩磁极性恰好是相反的，那么对于变压器内部总磁通 来说，当电压升高时，它会随着减少，可以使得励磁涌流得到削 减；合闸时变压器内没有剩磁，即在合闸角为９０。的时候合闸， 这样变压器内产生的磁通是最小的，产生的励磁涌流也是最小 的。三相绕组内磁通有其自己的变化规律，如果合理地控制三 相开关合闸角度，不仅可以大幅度降低变压器内的感应磁通 量，还能够在一定程度上削减励磁涌流幅值。在这种思想下， 提出了两种合闸策略。 ３．２．１快速合闸法 在实施快速合闸策略的时候，变压器的一相先在最佳点合 闸，就是当它事先预期的磁通等于剩磁的时候合闸，另外其他 两相在１／４周期后合闸。这种合闸方法适合于变压器三相绕组 中铁芯没有剩磁的情况，并且三相是控制合闸的。首先合 闸的一相在合闸角为９Ｏ。的时候，这个时候其绕组中产生的磁 通比较小，在某个程度上接近于零。采用快速合闸法，可以消除 或者削弱励磁涌流，从而达到抑制效果。 ３．２．２延迟合闸法 如果能够知道三相中的某一相（比如Ａ相）的剩磁，那么我 们可以采取延迟合闸的方法。就是说，Ａ相在它最合适的时刻 合闸，剩余的两相则延迟工频周期后再同时合闸，延迟的时间 可以是２到３个工频周期。这样，也可以使得空载变压器励磁涌 流得到控制。延迟合闸的策略是采用了变压器铁芯的磁通平衡 效应，以达到抑制励磁涌流的效果。 ３．３在中性点恰当地串联合闸电阻尺 在首相合闸之后，因为中性点串联了电阻尺，铁芯中的暂 态磁通就会迅速地减少。有一种简单且经济的削弱空载合闸 变压器励磁涌流的方法，就是在变压器的中性点串入一大小合 适的电阻，三相延时合闸空载变压器，这是改进的中性点串电 阻法。通过对该方法下涌流峰值随中性点电阻值变化的分析， 从而选择出最佳的电阻值。 （下转第３３页） ３１ 技术与市场 技术研发 蕊 面 土区与挡土墙之间架设支撑。在边缘土方开挖到基底以后，先 浇注该区域的底板，以形成底部支撑，然后再开挖部分的 土方。 ２土方工程的回填 土料含水率的大小，直接影响到夯实（碾压）质量。所以填土施 工时应严格控制含水率，施工前应进行检验，以得到符合密实 度要求的最优含水率和最少夯实（或碾压）遍数。含水率过小， 夯实（碾压）不实；含水率过大，则易成橡皮土。 ２．２填筑要求 我们知道，土体是由矿物颗粒、水溶液和气体组成的三相 体系。具有弹性、塑性和黏滞性。由于土体是由分散颗粒组成 的组合体，颗粒之间没有紧密的连接，在外力作用下或在自然 条件下遇到浸水和冻溶都会产生变形。为了保证填土的强度和 稳定性，必须正确选择回填土料和填筑施工方法，以满足填土 压实的质量要求。 ２．１土料选择与处理 （１）施工要求。填方前，应根据工程特点、填料种类、设计压 实系数、施工条件等合理选择压实机具，并确定填料含水率控 制范围、铺土厚度和压实遍数等参数。填土时应先清除基底的 树根、积水、淤泥和有机杂物，并分层回填、压实。填土应尽量采 用同类土填筑。如采用不同类填料分层填筑时，上层宜填筑透 水性较小的填料，下层宜填筑透水性较大的填料。填方基土表 面应作成适当的排水坡度，边坡不得用透水性较小的填料封 闭。当填方位于倾斜的地面时，应先将斜坡挖成阶梯状，然后 选择填方土料应符合设计要求。实际选择土料时应选择强 度高、压缩性小、水稳定性好、便于施工的土、石料。如设计无要 求时，应符合下列规定： 分层填筑以防填土横向移动。分段填筑时，每层接缝处应作成 斜坡形，碾迹重叠０．５～１．０ ｍ。上、下层错缝距离不应小于１ ｍ。 （２）填土压实的质量检查。填土压实后要达到一定的密实 度要求。填土必须具有一定的密实度，以避免建筑物的不均匀 沉陷。填土密实度以设计规定的控制干密度。或规定压实系数 作为检查标准。各种填土的最大干密度乘以设计的压实系数即 得到施工控制干密度。 参考文献： １）碎石类土、砂土（使用细、粉砂时应取得设计单位同意） 和爆破石碴，可用作表层以下的填料。２）含水率符合压实要求 的黏性土，用作各层填料；碎块草皮和有机质含量大于８％的 土，仅能用于无压实要求的填方工程。３）淤泥和淤泥质土一般 不能用作填料，但在软土或沼泽地区，经过处理其含水率符合 压实要求后，可用于填方中的次要部位。４）含盐量符合规定的 盐渍土，一般可以使用，但填料中不得含有盐晶、盐块或含盐植 物的根茎。５）碎石类土、砂土或爆破石碴可用作表层下的填料， 『１１朱忠贤．浅谈土方工程的施工【Ｊ］．科技资讯，２００８，（１７）． 【２】黄建彰，韦伟鸿，黄勇，等．超深基坑土方开挖方案的优化及 现场管理［Ｊ］．建筑施工，２００８，（５）． 【３】于洋，李永金，徐广野，等．超长深基坑土方开挖技术讨论叨． 西部探矿工程，２００９，（８）． 其最大粒径不得超过每层铺填厚度的２／３（当使用振动碾时，不 得超过每层铺填厚度的３／４）。铺填时，大块料不应集中，且不得 填在分段接头处或填方与山坡连接处。填方内有打桩或其他特 殊工程时，块（漂）石填料的最大粒径不应超过设计要求。填土 （上接第３１页） ３．４改变电阻尺值的方法 磁导率接近于真空中的磁导率，则此时变压器可看作一个空心 线圈，相当于铁芯从绕组中移出去，其磁通线延伸到了铁芯以 外的区域，分周期量来磁化变流器的导磁体，达到最小制动电 改变电阻尺值方法中，串联电阻法是最常用的一种方法。 在合闸的电路中，串联一个比较合适的电阻来增大电阻尺的阻 值，从而降低合闸时刻稳态磁通的幅值，减少励磁涌流的持续 时间，达到抑制励磁涌流的结果。 ３．５接入速饱和变流器抑制励磁涌流 流整合。另外，工作绕组接入保护的差动回路，平衡绕组可以 按照实际需要接人电流回路或工作回路，从而达到躲避励磁涌 流的作用。 ４结语 接入速饱和变流器，用来阻止励磁涌流传递到差动继电器 中。当励磁涌流进入差动回路的时候，对于速饱和变流器的铁 芯来说，它具有极易饱和的特性。所以只要合理调节速饱和变 流器一两次侧绕组匝数，就可以更好的消除励磁涌流对差动保 护的影响，从而减少励磁涌流的负面影响。 ３．６利用涌流波形具有明显的间断角的特征来避越涌流 在变压器空载合闸的时候，可能产生较大的励磁涌流。比 如电力变压器空载合闸投入电网时，会产生很大的励磁涌流， 有可能导致变压器产生保护装置的误动作，会产生不好的结 果，使变压器的寿命缩减。另外，有电磁的干扰影响作用，也会 影响变压器周围设备的运行。因此，对变压器合闸励磁涌流的 抑制方法进行研究，有着很大指导意义和重要作用。对励磁涌 流进行抑制消除的研究，仍然是我们所要面对的一项技术考 目前有两种利用间断角原理的差动保护。一种方案是直接 鉴别间断角的大小来判断是涌流或内部短路，为防止涌流波形 出现负谐波，使间断角消失，在继电器设计上采取了补偿措施 来恢复一次涌流本来出现的间断角，另一种方案是比较二次谐 验。励流涌磁的产生有多方面的原因，我们要用科学的方法， 从各个方面对其进行研究，找到合适的办法来抑制或者消除励 磁涌流，以减少励磁涌流对变压器及其整个系统的影响。 参考文献： 波和二次电流的变化率，它利用内部短路电流和涌流两种情况 时，运用二次电流波形的连续同期性和涌流的间断性原理来区 分涌流和短路电流，该原理的保护也要附加差动保护以防止内 部短路时电流很大，利用涌流波形具有明显的间断角这个特征 来避越励磁涌流。 ３．７改变变压器绕组的分布 ｆ１】 贺家李，宋从距．电力系统继电保护原理【Ｍ】．北京：中国电 力出版社．１９９４． 『２１唐跃中，刘勇，桧进量，等．几种变压器励磁涌流判别方法 的特点及其内在联系的分析【Ｊ】．电力系统自动化，１９９５． 【３】陈艳，陈小川，高仕斌．几种削减变压器励磁涌流的方法【Ｊ】． 高压电器，２００５，（４）． 变压器在产生励磁涌流时，铁芯处于饱和状态，铁芯及其
