變壓器勵磁涌流產(chǎn)生機理及抑制措施探討

1、變壓器勵磁涌流產(chǎn)生機理及抑制措施探討1、變壓器勵磁涌流及特點變壓器是一種依據(jù)電磁感應(yīng)原理制造而成的靜止元件，是交流輸電系統(tǒng)中用于電壓變換的重要電氣設(shè)備。當合上斷路器給變壓器充電時， 有時候，能夠觀察到變壓器電流表的指針有很大擺動，隨后，很快又 返回到正常的空載電流值，這個沖擊電流通常就被稱為勵磁涌流。 總的來說，變壓器勵磁涌流有以下幾個特點：第一，波形呈現(xiàn)尖頂形 狀，說明其中含有相當成分的非周期分量和高次諧波分量，其中高次諧波以二次和三次為主，并且，隨著時間推移，某一相二次諧波含量 可能超過基波分量的一半以上。第二，勵磁涌流幅值與變壓器空載投 入的電壓初相角直接相關(guān)。對于單相變壓器來說，當電壓

2、過零點投入 時，勵磁涌流幅值最大。由于三相變壓器各相間有 120度相位差，所 以涌流也不盡相同。第三，在最初幾個波形中，涌流將出現(xiàn)間斷角。 第四，涌流衰減的時間常數(shù)與變壓器阻抗、容量和鐵心材料等都相關(guān)。2、勵磁涌流產(chǎn)生機理變壓器勵磁涌流是由變壓器鐵心飽和引起的。在鐵心不飽和時，鐵心磁化曲線的斜率很大，勵磁電流近似為零；一旦鐵心出現(xiàn)飽和，磁化 曲線斜率變小，電流隨著磁通線性增長，最終演變?yōu)閯畲庞苛?。下面以單相變壓器空載合閘為例分析勵磁涌流產(chǎn)生機理。設(shè)變壓器在 時間t=0時合閘，那么施加于變壓器上的電壓為：1又，變壓器電壓與磁通間的關(guān)系為：2故：3式3中第一式為穩(wěn)態(tài)磁通，后兩式為暫態(tài)磁通，為鐵心剩

3、磁，與 合閘時刻的電壓相關(guān)。計及本錢和工藝，現(xiàn)代常用的電力變壓器飽和磁通一般設(shè)為1.15-1.4,而變壓器運行電壓一般不應(yīng)超過額定電壓的10%。因此，變壓器穩(wěn)態(tài)正常運行時，磁通不會超過飽和磁通，鐵心也不會飽和。但在 暫態(tài)過程中，如變壓器空載合閘時，由于剩磁的作用，運行磁通就有 可能大于飽和磁通，從而造成變壓器飽和。例如，最嚴重的是電壓過 零時刻，合閘，假假設(shè)此時鐵心的剩磁，非周期磁通為經(jīng)過半個周期后， 磁通到達，將遠大于飽和磁通，造成變壓器嚴重飽和。3、抑制措施對于現(xiàn)場中常用的三相電力變壓器，防止變壓器勵磁涌流引起差動保 護的措施主要有以下幾類。3.1采用速飽和中間變流器差動保護按照躲開最大不

4、平衡電流進行整定時，帶速飽和原理的差動 保護能夠減少非周期分量造成的保護誤動，如BCH-2型就是一種增強型速飽和中間變流器的差動保護。 這種差動保護的核心局部是帶短 路線圈的飽和中間變流器和差動電流繼電器。 短路線圈的存在使得在 具有非周期分量電流時繼電器的動作電流大為增加， 從而提高了躲避 勵磁涌流和外部短路時暫態(tài)不平衡電流的性能。采用BCH-2型差動保護要注意短路線圈匝數(shù)確實定匝數(shù)愈多躲避涌流的性能愈好，但內(nèi)部短路時繼電器的動作延時就長。 對中小型變壓器，由于勵磁涌流倍 數(shù)大，內(nèi)部故障時非周期分量衰減快，對保護動作要求又較低，一般 選較大的匝數(shù)，而對大型變壓器，內(nèi)部涌流倍數(shù)小，非周期分量衰

5、減 慢，又要求保護動作快，那么應(yīng)選較小的匝數(shù)。最后選用的抽頭是否合 適，應(yīng)經(jīng)變壓器空投試驗來確定。同時，靈敏度檢驗應(yīng)按內(nèi)部短路時 最小短路電流來進行。如不滿足要求，那么應(yīng)選帶制動特性的差動保護。 與BCH-2型原理相同的還有DCD-2型差動繼電器構(gòu)成的差動保護。 總的來說，帶速飽和原理的縱差保護由于動作電流大，靈敏度低，并 且在變壓器內(nèi)部故障時，會由于非周期分量的存在而延遲動作， 已逐 步被淘汰。3.2二次諧波制動依照勵磁涌流中含有二次諧波的特點，設(shè)計了二次諧波制動的方法， 一旦保護檢測到差流中含有的二次諧波大于保護整定值，就閉鎖保護繼電器，防止勵磁涌流引起保護動作。二次諧波制動的動作判據(jù)可寫

6、 為：4其中，和分別為差流中的基波和二次諧波分量的幅值，為二次諧波制動比?，F(xiàn)場應(yīng)用時，根據(jù)運行經(jīng)驗和空載合閘試驗，一般按照躲過各 種勵磁涌流下，最小的二次諧波含量整定。一般而言，二次諧波制動 比可設(shè)為15%, 20%。二次諧波制動的差動保護原理簡單，調(diào)試簡便，靈敏度高，在當前變 壓器縱差保護中應(yīng)用廣泛。但是，在安裝有靜止無功補償裝置等電容 分量比擬大的系統(tǒng)，故障暫態(tài)電流中也有較大的二次諧波含量， 致使 差動保護動作速度受到影響。假設(shè)空載合閘前變壓器已經(jīng)存在故障，合 閘后故障相為故障電流，非故障相為勵磁涌流，采用三相或門制動的 方案時，差動保護必將被閉鎖。由于勵磁涌流衰減很慢，保護的動作 時間可

7、能會長達數(shù)百毫秒。這也是二次諧波制動方法的主要缺點。3.3間斷角鑒別的方法前面提到，在最初幾個波形中，涌流將出現(xiàn)間斷角。而變壓器內(nèi)部故 障時流入差動繼電器的穩(wěn)態(tài)差電流是正弦波，不會出現(xiàn)間斷角。間斷角鑒別的方法就是利用這個特征鑒別勵磁涌流和故障電流，即通過檢測差電流波形是否存在間斷角，當間斷角大于整定值時將差動保護閉 鎖。間斷角制動的保護整定值一般設(shè)為 65°對于Y/d接線方式的三 相變壓器，非對稱涌流的間斷角比擬大，間斷角閉鎖元件能夠可靠的 動作，并且裕量充足；而對稱性涌流的間斷角會小于 65°進一步減 小整定值并不是好的方法，因為整定值太小會影響內(nèi)部故障時的靈敏 度和動作速度。由于對稱性涌流的波寬等于120°而故障電流正弦 波的波寬為180°因此在間斷角判據(jù)的根底上再增加一個反響波寬 的輔助判據(jù)，在波寬大于140° 有20°的裕量時也將差動保護閉鎖。 間斷角原理