励磁涌流(da)

1励磁涌流1概述变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器，用于把低电压变成高电压或把高电压变成低电压，是交流电输配系统中的重要电气设备。当变压器合闸时，可能产生很大的电流，本文主要论述该电流的产生和影响。2励磁涌流的特点当合上断路器给变压器充电时，有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大，然后很快返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常称之为励磁涌流，特点如下：1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。2)励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过(0.25～0.5)In。3)一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。4)励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8～10倍。当整定一台断路器控制一台变压器时，其速断可按变压器励磁电流来整定。3励磁涌流的大小3.1合闸瞬间电压为最大值时的磁通变化在交流电路中，磁通Φ总是落后电压u90°相位角。如果在合闸瞬间，电压正好达到最大值时，则磁通的瞬间值正好为零，即在铁芯里一开始就建立了稳态磁通，如图1所示。在这种情况下，变压器不会产生励磁涌流。3.2合闸瞬间电压为零值时的磁通变化当合闸瞬间电压为零值时，它在铁芯中所建立的磁通为最大值(－Φm)。可是，由于铁芯中的磁通不能突变，既然合闸前铁芯中没有磁通，这一瞬间仍要保持磁通为零。因此，在铁芯中就出现一个非周期分量的磁通Φfz，其幅值为Φm。这时，铁芯里的总磁通Φ应看成两个磁通相加而成，如图2所示。铁芯中磁通开始为零，到1/2T时，两个磁通相加达最大值，Φ波形的最大值是Φ1波形幅值的两倍。因此，在电压瞬时值为零时合闸情况最严重。虽然我们很难预先知道在哪一瞬间合闸，但是总会介于上面论述的两种极限情况之间。变压器绕组中的励磁电流和磁通的关系由磁化特性所决定，铁芯越饱和，产生一定的磁通所需的励磁电流就愈大。由于在最不利的合闸瞬间，铁芯中磁通密度最大值可达2Φm，这时铁芯的饱和情况将非常严重，因而励磁电流的数值大增，这就是变2压器励磁涌流的由来。励磁涌流比变压器的空载电流大100倍左右，在不考虑绕组电阻的情况下，电流的峰值出现在合闸后经过半周的瞬间。但是，由于绕组具有电阻，这个电流是要随时间衰减的。对于容量小的变压器衰减得快，约几个周波即达到稳定，大型变压器衰减得慢，全部衰减持续时间可达几十秒。综上所述，励磁涌流和铁芯饱和程度有关，同时铁芯的剩磁和合闸时电压的相角可以影响其大小。4励磁涌流的影响励磁涌流对变压器并无危险，因为这个冲击电流存在的时间很短。当然，对变压器多次连续合闸充电也是不好的，因为大电流的多次冲击，会引起绕组间的机械力作用，可能逐渐使其固定物松动。此外，励磁涌流有可能引起变压器的差动保护动作，故进行变压器操作时应当注意。两种削弱励磁涌流的方法2007-02-01来源：西部工控网浏览：37摘要：合空载电力变压器时会产生数值相当大励磁涌流，易造成变压器差动保护装置误动作。针对这一问题，介绍了两种削弱励磁涌流方法：控制三相合闸时间或变压器低压侧加装电容器。理论分析和实践均证明这两种方法是行之有效，但利用控制三相合闸时间来削弱励磁涌流实际应用中更具有潜力。关键词：励磁涌流；变压器；控制开关；电容1概述电力变压器空载合闸投入电网或外部故障切除后电压恢复时，变压器非线性，会产生数值相当大励磁涌流，严重情况下其峰值可达额定电流10到20倍［1］，导致变压器保护误动作。解决这一问题，目前变压器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误动问题，但当变压器有涌流时，发生单相或两相内部故障，差动保护因健全相涌流制动而不动作。大型变压器时间常数都很长，一般涌流过程超过5s［2］，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。保证差动保护装置正确动作，必须要降低励磁涌流幅值。目前，削弱励磁涌流方法主要有两种：控制三相开关合闸时间，或变压器低压侧并联电容器。本文将对这两种方法原理、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，变压器上电压变压器内部也产生一个磁通，当变压器有剩磁时，合闸后所产生磁通和剩磁极性相同，则变压器内部总磁通就会电压升高而增加，励磁涌流也会随之增加，合闸后所产生磁通和剩磁极性相反，则变压器内部总磁通就会电压升高而减小，削弱了励磁涌流；合闸时变压器内无剩磁，则可合闸角为90°（即电压峰值时）时合闸，这样变压器内产生磁通最小，产生励磁涌流也最小。单相变压器中，可以很容易分析出如下结果。单相变压器无漏抗，电源为无穷大，如图1所示：3此时有此处把变压器基本磁化曲线作折线处理，如图2所示：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，产生最大涌流峰值，当α＝90°时，励磁涌流峰值最小。，控制合闸时间来削弱励磁涌流幅值是一种行之有效方法。2．2三相变压器中应用三相变压器中，尽管三相之间有电磁耦合以及剩磁影响，但三相绕组内磁通变化规律，控制三相开关合闸时间（即合闸角度），亦可以大幅度降低变压器内感应磁通，削弱励磁涌流幅值。上述思想，以及变压器三相绕组内剩磁形式，提出了两种合闸策略。2．2．1快速合闸策略即一相先合闸角度为90°时合闸，另外两相1／4工频周期后合闸。这是，设三相绕组中均无剩磁，A相先最优时间，即是合闸角度为90°时合闸，此时A相绕组中产生磁通最小，B、C相中产生幅值为磁通最大值一半、相位超前A相180°感应磁通，如图3所示，此时，B、C两相合闸最佳时间就是1／4工频周期后合闸，这样就保证B、C两相绕组中磁通正常范围之内，消除或削弱了励磁涌流。4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情况。仿真计算，实施该策略后，合闸时间分散度为0．5ms情况下，励磁涌流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2～3工频周期后合闸。该方法理论依据是铁芯磁通平衡效应：设A相先合闸，之后B、C相产生感应磁通，两相内剩磁不同，则内部感应磁通相同，如图4所示。设Φc＞Φb，则当Φc到达饱和点后，Φb还停未饱和区，此时变压器非线性，LC＜LB，B、C相绕组上电压相同，UC＞UB，则绕组内部，B相绕组内磁通变化速度要比C相绕组内快，最后，B、C两相内部磁通趋于平衡，同时也消剩磁效应。该方法适用于已知单相绕组中剩磁，三相独立合闸情况。仿真计算，实施该策略后，合闸时间分散度为1．0ms情况下，励磁涌流幅值减少幅度为85％～93％［4］。3变压器低压侧并联电容器励磁涌流是变压器内磁通饱和而引起，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目。变压器低压侧并联电容器就是基于这种思想提出，变压器低压侧并联电容值适当大小电容器，变压器低压侧产生磁通就和高压侧磁通极性相反，这样就排绕组内磁通饱和可能性［5］。该方法优点是控制三相合闸角为多少，均能有效削弱励磁涌流。缺点对电容器电容值选取，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系统谐振频率降低，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需要。荷兰PGEM公司1992年一台66MVA，150／11kV变压器上做过试验，不同电容器值下，励磁涌流峰值如表1所示［6］。5从表1可以看出，电容器值不同，励磁涌流峰值变化很大，故采取此方法前，必须知道变压器励磁特性，对变压器空合闸时暂态现象进行模拟，以选取合适电容值。4结论本文讨论了两种削弱励磁涌流方法，两种方法各有优缺点。变压器低压侧并联合适电容器需要对变压器励磁特性进行精确模拟，而实际工程中，要到一个真实变压器励磁特性是比较困难，，控制开关合闸时间技术不断发展，第一种方法更有潜力。变压器不平衡电流对差动保护的影响摘要:该文通过分析变压器不平衡电流的产生原因，提出相应的防范措施，以提高差动保护动作的选择性、速动性、灵敏性、可靠性，确保变压器的安全稳定运行。1差动保护原理简述变压器差动保护作为变压器的主保护,目前电网中的110kV变压器的差动保护大多采用由多微机实现的比率差动保护。之所以采用比率制动特性，是为了防止区外故障引起不平衡的差动电流造成保护误动。由多微机实现的比率差动保护的动作特性如图1所示。差动保护动作电流为Id，制动电流为Ir，差动保护电流启动值为Icdqp，比率差动制动系数为Kbl，变压器的额定电流为Ie，图中的阴影部分为保护动作区。如图2所示，输入变压器的电流：I1，I2，I3，由(I1+I2+I3)构成变压器的差动电流，即Id=(I1+I2+I3)作为差动继电器的动作量。在正常运行或外部故障时，在继电器中电流Id在理想状态下等于零，因此差动保护不动作。然而，由于变压器实际运行中引起的种种不平衡电流，使得差动继电器的动作电流增大，从而降低了保护的灵敏度。2产生不平衡电流的原因不平衡电流的产生有稳态和暂态两方面。稳态情况下不平衡电流:·变压器各侧绕组接线方式不同；·变压器各侧电流互感器的型号和变比不相同，实际的电流互感器变比和计算变比不相同；·带负荷调分接头引起变压器变比的改变。暂态情况下不平衡的电流:·变压器空载投入电源时或外部故障切除，电压恢复时产生的励磁涌流。·短路电流的非周期分量主要为电流互感器的励磁涌流，使其铁芯饱和，误差增大而引起不平衡电流。3不平衡电流的影响及相应的防范措施变压器差动保护的不平衡电流直接影响到差动保护的选择性、速动性、灵敏性和可靠性。故此，分析其影响并采取相应的防范措施对提高变压器差动保护性能是十分重要的。3.1变压器高低压侧绕组接线方式不同的影响及其防范措施变压器接线组别对差动保护的影响。如Yy0接线的变压器，因为一二次绕组对应相的电压同相位，所以一二次两侧对应相的相位几乎完全相同。但当变压器采用Yd11接线时，因为三角形接线侧的线电压，在相位上相差30°，所以其对应相的电流相位关系也相差30°，即三角形侧电流比星形侧的同一相电流，在相位上超前30°，因此即使变压器两侧电流互感器二次电流的数值相等，在差动保护回路中就会出现不平衡电流。变压器接线组别影响的防范措施。消除由变压器Yd11接线而引起的不平衡电流的措施，采用相位补偿法，也就是通常所说的Y/△转换。即将变压器星形侧的电流互感器二次侧接成三角形，而将变压器三角形侧的电流互感器二次侧接成星形，从而把电流互感器二次电流的相位校正过来。对于由多微机实现的变压器差动保护，由于软件计算的灵活性，允许变压器的各侧互感器二次侧都按Y型接线，在进行差动计算时由软件对变压器Y型侧电流进行相位校准及电流补偿。即Y/△转换可由程序软件实现。整定人员可以通过对接线方式定值的整定来选择是否需要进行Y/△转换。63.2电流互感器型号和变比不相同的影响及其防范措施由于变压器各侧额定电压不同，装设在各侧的电流互感器型号也就不同，所以饱和特性和励磁电流（归算到同一侧）也不相同。因此,在外部短路时也会引起较大的不平衡电流，对这种情况可以采用适当增大保护动作电流的办法来解决。另一方面，由于电流互感器都是标准化的定型产品，所以实际选用的变比，与计算变比不可能完全一致，而且变压器的变比也不可能完全相同，这是在差动保护回路中引起不平衡电流的又一原因。这种由于变比选择不合适而引起的不平衡电流，可利用磁平衡原理在差动继电器中设置平衡线圈加以消除。一般平衡线圈接于保护臂电流小的一侧，因为平衡线圈和差动线圈共同绕在继电器的中间磁柱上，适当选择平衡线圈的匝数，使它产生的磁势与差流在差动线圈中产生的磁势相抵消，这样，在二次绕阻就不会感应电势了，流经差动继电器的执行元件的电流为0。但接线时要注意极性，应使小电流在平衡线圈的差流在差动线圈中产生的磁势相反。对于由多微机实现的变压器差动保护，这部分功