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变压器励磁涌流的危害及抑制策略


龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 变压器励磁涌流的危害及抑制策略 作者:林浩扬 林伟华 邓永发 来源:《科技创新与应用》2014 年第 05 期 摘 要:变压器是电力系统中非常重要的电力设备,其工作性能关乎整个系统的安全运 行。文章详细分析了变压器励磁涌流及其特点,针对它给电力系统所带来的危害,提出了抑制 的对策。 关键词:变压器;励磁涌流;危害;抑制策略 1 引言 处在正常工作状态下的变压器,其励磁电流通常只有额定电流 3%到 8%,容量较大的变 压器则不超过 1%。图 1 为稳态状态下磁通与电压之间的关系,励磁回路中的电阻可以忽略, 磁通滞后外加电压 90° ,因此建立了稳定的磁场来抵消外部电源磁场的变化。此时,铁心饱和 程度较低,励磁电流很小。然而一旦变压器在空载情况下使用,受到变压器铁心饱和与铁心非 线性的影响,励磁涌流将激增,这给变压器与电力系统的运行带来危害。所以,对变压器励磁 涌流展开研究具有现实意义。 图 1 稳态状态下磁通与电压之间的关系 2 励磁涌流产生机理 变压器是基于电磁感应原理的、适用于静态交流电力系统的一种重要电力设备。变压器在 空载状态下合闸充电,能观察到电流表指针出现大幅度摆动,之后极快地恢复正常,指向正常 的空载电流值,这个冲击电流一般被称作励磁涌流。 励磁涌流的产生与变压器铁心饱和程度密切相关。变压器处于空载状态进行合闸充电时, 受到外加电压的影响,绕组磁场将在一定程度上发生变化。与此同时根据磁链守恒定律,绕组 在磁路中将出现单极性偏磁情况。由于变压器铁心材料具有非线性的特征,为了与绕组磁场变 化相抵,铁心饱和程度将发生变化。当铁心饱和程度较低时,铁心磁化曲线斜率极大,这时励 磁电流极小。当铁心饱和程度较高时,其磁化曲线斜率极小,励磁电流随着磁通的增长而变 大,最后变为励磁涌流。若变压器存在剩磁,并且极性绕组偏磁一样,就会减小变压器绕组的 励磁电抗,从而出现巨大的励磁涌流。 3 励磁涌流的特点 磁化曲线斜率影响着变压器绕组的励磁电流与磁通之间的关系。铁心饱和程度越高,励磁 电流越大产生的磁通也就越大,其磁通密度甚至能达到稳态状态下磁通密度的 2 倍以上。根据 励磁涌流产生机理,可知励磁涌流的特点。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 3.1 大量的高次谐波分量存在于励磁涌流中,其中二次与三次谐波占据大部分。根据基尔 霍夫定律,励磁电流磁通的感应电压大小需与外部电压相同,目的是为了与外部正弦电压相 抵。因此,感应电压必须是正弦波形,但是由于变压器铁心的饱和程度,励磁电流却不是正弦 波形,而是尖顶波形。 3.2 励磁涌流的减弱与铁心的饱和程度有着密切联系。铁心饱和程度越高,绕组电抗就越 小,衰减速度相应的越快。所以,变压器空载合闸充电瞬间,其励磁涌流衰减速度最快,之后 速度慢慢变小。除此之外,变压器容量也能对励磁涌流衰减速度产生一定的影响,容量大的变 压器,其衰减速度较慢。通常励磁涌流的衰减速度与短路电流衰减相比较慢。 3.3 励磁涌流的数值通常都极大,最大值甚至能达到额定电流的 8 倍以上。 4 励磁涌流的危害 4.1 变压器合闸充电时,多次遭到较大励磁涌流的冲击,容易引发绕组的机械力作用,降 低绕组机械之间的紧密程度,同时也能致使变压器受到损害。 4.2 冲击电流经过变压器绕组时,会引起变压器绕组在短时间里温度过高,使得其绝缘水 平下降,容易引起触电等电力安全事故。 4.3 造成过电压的出现,损害相关电力设备 4.4 励磁涌流能引发变压器差动保护的错误动

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