變壓器試驗后剩磁的消除問題的思考與研究

盧寧　王洋

摘要 ：本文主要就變壓器試驗后剩磁產生的原因及消除剩磁的方法。大型變壓器在預防性后，由于試驗設備使用不當，或試驗順序不正確，會在變壓器鐵芯內造成大量剩磁的存在，給變壓器其他試驗及倒送電造成沖擊影響。本文談了談自己的觀點，希望對同行工作人員有所幫助。

關鍵詞 ：變壓器沖擊 勵磁涌流 預防性試驗 剩磁 消磁

一、前言

在變壓器試驗工作進行的過程中，剩磁的出現極大的干擾了變壓器所需要進行的其他實驗工作，所以，一定要分析出變壓器試驗剩磁出現的原因，進而提出消除的方法。

二、直流電阻測試產生剩磁的原因

由于電力變壓器繞組的電感很大為數百亨至數千亨，而直流電阻很小最小至數百微歐，用穩壓電源給大型變壓器繞組充電達到穩定的時間可能長達數十分鐘至數小時，為解決穩壓電源給繞組充電的穩定時間過于長的問題，現在普遍使用的是采用穩壓穩流電源充電的方法。此次變壓器直阻測量使用的測量儀器是某公司生產的BZC-3391（帶助磁）恒流式測試儀。該儀器可根據電源負載的大小，來決定穩壓穩流電源是工作于穩壓狀態還是穩流狀態，電源只能工作于其中一種狀態，此次測試選擇的是穩流狀態下。其工作原理如下：RN為電流取樣電阻，E為穩壓穩流電源的最大穩壓電壓，I為儀器設定的穩流電流，開關K合上后，穩壓穩流電源剛開始工作于穩壓狀態，回路電流逐步上升，當充電電流達到儀器設定的穩流電流時，穩壓穩流電源進入穩流狀態。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以縮短穩定的時間、I越大測量信號Vx越大，數據更準確穩定，為了節省測試時間，獲得更準確的測試數據，試驗中，選用的是恒流模式，穩定電流選擇的是10A。

快速準確測量五柱式、低壓d聯接大容量變壓器低壓繞組直流電阻測量難度相對較大，依據目前解決該難點均是采用大電流法或助磁法來解決，其原理均是使鐵心磁通密達到飽和以達到快速穩定的的方法。

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

三、變壓器勵磁涌流與變壓器剩磁的關系

主變鐵芯可能出現大幅度飽和，而較長的測試時間（低壓繞組測試時間約為每相30min）會造成較大的剩磁存在。變壓器勵磁涌流與變壓器剩磁的關系：

1、將變壓器看作一個強感性負載，即看作一個非線性電感，當合閘時，變壓器上的電壓在變壓器內部也產生一個磁通，當變壓器有剩磁時，合閘后所產生的磁通如果和剩磁極性相同，則變壓器內部的總磁通就會隨著電壓的升高而增加，從而勵磁涌流也會隨之增加，如果合閘后所產生的磁通和剩磁極性相反，則變壓器內部的總磁通就會隨著電壓的升高而減小，從而削弱了勵磁涌流（此時正如上文所說的，充電也是對剩磁去除的過程）

2、勵磁涌流與鐵芯飽和程度關系：變壓器繞組中的勵磁電流和磁通的關系由磁化特性所決定，鐵芯越飽和，產生一定的磁通所需的勵磁電流就愈大。由于在最不利的合閘瞬間，這時鐵芯的飽和情況將非常嚴重，因而勵磁電流的數值大增，勵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，電流的峰值出現在合閘后半周的瞬間。但是，由于繞組具有電阻，這個電流是要隨時間衰減的。對于容量小的變壓器衰減得快，約幾個周波即達到穩定，大型變壓器衰減得慢，全部衰減持續時間可達幾十秒。

3、勵磁涌流的大小與合閘瞬間電壓的關系（理論推導與計算不在贅述）：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，電壓正好達到最大值時，則磁通的瞬間值正好為零，即在鐵芯里一開始就建立了穩態磁通，變壓器不會產生勵磁涌流；當合閘瞬間電壓為零值時，它在鐵芯中所建立的磁通為最大值（-Φm）?？墒?，由于鐵芯中的磁通不能突變，既然合閘前鐵芯中沒有磁通，這一瞬間仍要保持磁通為零。因此，在鐵芯中就出現一個非周期分量的磁通Φfz，其幅值為Φm。這時，鐵芯里的總磁通Φ應看成兩個磁通相加而成。鐵芯中磁通開始為零，到1/2T時，兩個磁通相加達最大值，Φ波形的最大值是Φ1波形幅值的兩倍。因此，在電壓瞬時值為零時合閘情況勵磁涌流最嚴重。

4、變壓器在正常運行時，磁路設計已接近飽和，工作在A點，在最不利的空載合閘角時，工作在B點，磁路已非常飽和，激磁電流可達額定電流的6倍左右，這一數值是可以接受的，在設計中已給予了考慮，一般不會有什么問題。如果發生剩磁影響，變壓器的磁路可能工作在C點（這取決于剩磁的大?。?，變壓器的激磁電流將大于允許的最大值，保護將動作切除變壓器。因變壓器三相互差1200，變壓器的鐵芯剩磁達足以影響變壓器正常工作時，變壓器空載合閘瞬間，主變三相電壓的幅值無法控制，合閘瞬間電壓為零的一相勵磁涌流最大，對變壓器產生的沖擊越嚴重。對于三相變壓器可能只是瓦斯保護動作或過電流保護動作，對于由三臺單相變壓器組成的三相變壓器組，剩磁影響出現的結果就是涌流大的一相瓦斯保護或過電流保護動作。

四、剩磁影響分析

電機組作為試驗電源（簡稱電源車）。它利用三相異步電動機拖動中頻同步發電機輸出電壓，通過中間升壓變壓器升壓，向被試變壓器低壓側施加電壓，在變壓器高、中壓側感應出試驗電壓。被試變壓器在中頻電壓作用下呈現為容性負荷，現場試驗時，要采用電抗器補償的方法，使電流略呈感性，保證試驗電壓的穩定。

1、剩磁導致變壓器過電壓

變壓器中的電感、電容屬儲能元件，是過電壓形成的內在因素。進行變壓器局部放電試驗時，要用250Hz中頻發。因此對變壓器做局部放電試驗時，如果變壓器鐵心中殘存剩磁，將有可能在變壓器高壓側導致異常過電壓，損傷變壓器的主、縱絕緣。

實例中主變小修進行直流電阻測試，試驗儀器是LZ-C變壓器直流電阻測試儀，變壓器高壓側為星形接法，加20A的電流，測試時間約3min左右，低壓側為三角形接法，加50A的電流，測試時間30min左右，其他試驗項目電流很小，可以忽略不計。剩磁主要來源于直流電阻的測試。

6、減少剩磁影響的措施

（一）減小直流電阻試驗電流值及試驗時間

在變壓器試驗時應盡量降低加載的電流值，可考慮使用助磁法進行測量，把高、低壓繞組串聯起來，通電流測量，由于高壓繞組的匝數遠比低壓繞組匝數多，借助于高壓繞組的勵磁安匝數，用較小的電流就可使鐵芯飽和，從而使繞組電感大為減小，以縮短測試時間，而達到快速測試的目的，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磁涌流是可以抑制乃至消除的。由于偏磁的極性及數值是可以通過選擇外施電壓合閘相位角進行控制的，因此，如果能掌握變壓器上次斷電時磁路中的剩磁極性，就完全可以通過控制變壓器空投時的電源電壓相位角，實現讓偏磁與剩磁極性相反，從而消除產生勵磁涌流的根源———磁路飽和，實現對勵磁涌流的抑制。

通過控制變壓器空投電源時的電壓合閘相位角，使其不產生偏磁，從而避免空投電源時磁路出現飽和。捕捉不產生偏磁的電源電壓合閘角只有兩個，即正弦電壓的兩個峰值點（90°或270°），如果偏離了這兩點，偏磁就會出現，如果動作時間漂移1mm，合閘相位角就將產生18°的誤差。此外，由于三相電壓的峰值并不是同時到來，而是相互相差120°，為了完全消除三相勵磁涌流，可以分相控制斷路器合閘時間，來減小勵磁涌流。目前220kV及以上電壓等級的斷路器跳合閘時間已經比較精確、穩定。

（三）差動保護設置二次諧波交叉制動功能

設置二次諧波交叉制動功能，即二次諧波不僅對本相起制動作用，對其他相也起制動作用，只要有一相檢測出涌流，三相都閉鎖。制動作用時間通過保護裝置定值設置來實現。對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系外，磁路相互聯系，一相檢測出勵磁涌流后，應當閉鎖其它相。如此，只要保護裝置檢測出一相電流二次諧波分量達到閉鎖數值，閉鎖各相差動保護。

八、結束語

綜上所述，要想有效消除變壓器試驗后剩磁問題，一定要從根源著手，提出有效的措施，進而有效的消除試驗后出現的剩磁，為今后的試驗和其他工作奠定良好的基礎。

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