变压器涌流

omnipower

如何消除或降低变压器的励磁涌流？

James

原帖由 omnipower 于 2008-9-6 12:03 发表

                               
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如何消除或降低变压器的励磁涌流？

电力变压器在空载合闸投入电网或外部故障切除后电压恢复时，由于变压器的非线性，会产生数值相当大的励磁涌流，严重情况下其峰值可达额定电流的10到20倍［1］，从而导致变压器保护的误动作。为了解决这一问题，目前变压器的差动保护都采用了或门制动方式，即三相电流中有一相制动，则三相全部制动。这样虽解决了涌流时的误动问题，但当变压器有涌流时，如果发生单相或两相内部故障，差动保护因健全相的涌流制动而不动作。大型变压器时间常数都很长，一般涌流过程超过5 s［2］，在发生上述故障时，主保护等到振荡消失才能动作，实际就是拒动。理论分析和动模试验都证实了这种现象。为了保证差动保护装置的正确动作，必须要降低励磁涌流的幅值。目前，削弱励磁涌流的方法主要有两种：控制三相开关合闸时间，或在变压器低压侧并联电容器。本文将对这两种方法的原理、效果一一介绍。
2　控制三相开关合闸时间以削弱励磁涌流
2．1　理论基础
　　该方法的理论基础是：将变压器看作一个强感性负载，即看作一个非线性电感，当合闸时，变压器上的电压在变压器内部也产生一个磁通，当变压器有剩磁时，合闸后所产生的磁通如果和剩磁极性相同，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而增加，从而励磁涌流也会随之增加，如果合闸后所产生的磁通和剩磁极性相反，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而减小，从而削弱了励磁涌流；如果合闸时变压器内无剩磁，则可在合闸角为90°（即电压峰值时）时合闸，这样在变压器内产生的磁通最小，产生的励磁涌流也最小。在单相变压器中，可以很容易地分析出如下结果。假设单相变压器无漏抗，电源为无穷大，如图1所示：

                               
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此时有

                               
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　　此处把变压器的基本磁化曲线作折线处理，如图2所示：

                               
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其中：α为接入相位角（合闸角）；Ψr为变压器剩磁。
　　从式（1）中可以看出，当α＝0°时，产生最大的涌流峰值，当α＝90°时，励磁涌流的峰值最小。因此，通过控制合闸时间来削弱励磁涌流的幅值是一种行之有效的方法。
2．2　在三相变压器中的应用
　　在三相变压器中，尽管三相之间有电磁耦合以及剩磁的影响，但根据三相绕组内的磁通变化规律，通过控制三相开关的合闸时间（即合闸角度），亦可以大幅度降低变压器内的感应磁通，从而削弱励磁涌流的幅值。根据上述思想，以及变压器三相绕组内剩磁的形式，提出了两种合闸策略。
2．2．1　快速合闸策略
　　即一相先在合闸角度为90°时合闸，另外两相在1／4工频周期后合闸。这是因为，设三相绕组中均无剩磁，A相先在最优时间，即是在合闸角度为90°时合闸，此时在A相绕组中产生的磁通最小，在B、C相中产生幅值为磁通最大值的一半、相位超前A相180°的感应磁通，如图3所示，在此时，B、C两相合闸的最佳时间就是在1／4工频周期后合闸，这样就保证B、C两相绕组中的磁通在正常范围之内，从而消除或削弱了励磁涌流。

                               
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　　该方法适用于三相绕组中剩磁为零，以及三相独立控制合闸的情况。经过仿真计算，实施该策略后，在合闸时间分散度为0．5 ms的情况下，励磁涌流的幅值与三相随机合闸相比，减少了94．4％［4］。
2．2．2　延迟合闸策略
　　单相先合闸，另外两相在2～3工频周期后合闸。该方法的理论依据是铁芯磁通平衡效应：设A相先合闸，之后在B、C相产生感应磁通，如果两相内的剩磁不同，则内部的感应磁通也不相同，如图4所示。
　　设Φc＞Φb，则当Φc到达饱和点后，Φb还停在未饱和区，此时由于变压器的非线性，LC＜LB，因此B、C相绕组上电压也不相同，UC＞UB，则在绕组内部，B相绕组内磁通的变化速度要比C相绕组内快，最后，B、C两相内部磁通趋于平衡，同时也消除了剩磁效应。

                               
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　　该方法适用于已知单相绕组中的剩磁，三相独立合闸的情况。经过仿真计算，实施该策略后，在合闸时间分散度为1．0 ms的情况下，励磁涌流的幅值减少幅度为85％～93％［4］。
3　在变压器低压侧并联电容器
　　励磁涌流是由于变压器内磁通饱和而引起的，如果采取措施限制绕组内磁通达到饱和点，也就达到削弱或消除励磁涌流的目的。在变压器低压侧并联电容器就是基于这种思想提出的，如果在变压器低压侧并联电容值适当大小的电容器，在变压器低压侧产生的磁通就和高压侧磁通极性相反，这样就排除了绕组内磁通饱和的可能性［5］。
　　该方法的优点是不论控制三相合闸角为多少，均能有效的削弱励磁涌流。缺点在于对电容器电容值的选取，电容值过大或过小均不能满足要求。电容值过大，会使变压器与电容器组合成的系统谐振频率降低，从而使变压器难以被激磁；电容值过小，会无法满足削弱励磁涌流的需要。荷兰的PGEM公司在1992年在一台66 MVA，150／11 kV的变压器上做过试验，不同的电容器值下，励磁涌流的峰值如表1所示［6］。

                               
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　　从表1可以看出，电容器值不同，励磁涌流的峰值变化很大，故在采取此方法前，必须知道变压器的励磁特性，以便对变压器空合闸时的暂态现象进行模拟，以选取合适的电容值。

wz123

不错，很好的文章

milktang4

控制合闸时的相位角，或者串电阻

long98194

我认为励磁涌流是突变的过程，其产生原因有二：
1、合闸角偏差较大，处理：控制合闸角偏差；
2、电感是储能元件，受剩磁和饱和度的影响，储存了一定的能量，处理：并联电容器

zxgcom

学习了，顶一下！

zhaolu4282

不错，很好的文章

GRACE_HE

从变压器设计这方面考虑，减少励磁涌流，有三个方法，一是增加匝数，二是降低磁密，三是增大激磁线圈到铁芯的距离

liangzhiyong

不错，很好的文章