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(chǎn)生的原因及消除剩磁的方法。大型變壓器在預(yù)防性后，由于試驗設(shè)備使用不當(dāng)，或試驗順序不正確，會在變壓器鐵芯內(nèi)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(guān)鍵詞 ：變壓器沖擊 勵磁涌流 預(yù)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(xiàn)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(xiàn)的原因，進而提出消除的方法。

二、直流電阻測試產(chǎn)生剩磁的原因

由于電力變壓器繞組的電感很大為數(shù)百亨至數(shù)千亨，而直流電阻很小最小至數(shù)百微歐，用穩(wěn)壓電源給大型變壓器繞組充電達(dá)到穩(wěn)定的時間可能長達(dá)數(shù)十分鐘至數(shù)小時，為解決穩(wěn)壓電源給繞組充電的穩(wěn)定時間過于長的問題，現(xiàn)在普遍使用的是采用穩(wěn)壓穩(wěn)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(chǎn)的BZC-3391（帶助磁）恒流式測試儀。該儀器可根據(jù)電源負(fù)載的大小，來決定穩(wěn)壓穩(wěn)流電源是工作于穩(wěn)壓狀態(tài)還是穩(wěn)流狀態(tài)，電源只能工作于其中一種狀態(tài)，此次測試選擇的是穩(wěn)流狀態(tài)下。其工作原理如下：RN為電流取樣電阻，E為穩(wěn)壓穩(wěn)流電源的最大穩(wěn)壓電壓，I為儀器設(shè)定的穩(wěn)流電流，開關(guān)K合上后，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源剛開始工作于穩(wěn)壓狀態(tài)，回路電流逐步上升，當(dāng)充電電流達(dá)到儀器設(shè)定的穩(wěn)流電流時，穩(wěn)壓穩(wěn)流電源進入穩(wěn)流狀態(tài)。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(wěn)定的時間、I越大測量信號Vx越大，數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確穩(wěn)定，為了節(jié)省測試時間，獲得更準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)，試驗中，選用的是恒流模式，穩(wěn)定電流選擇的是10A。

快速準(zhǔn)確測量五柱式、低壓d聯(lián)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(jù)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(dá)到飽和以達(dá)到快速穩(wěn)定的的方法。

為了更好的達(dá)到助磁效果，實際采用的高低壓繞組串聯(lián)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(shù)是低壓繞組匝數(shù)若干倍，因此較小的勵磁電流即可使鐵心達(dá)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(lián)接大容量變壓器低壓繞組低壓繞組采用四端法測試時，達(dá)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(guān)系

主變鐵芯可能出現(xiàn)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(guān)系：

1、將變壓器看作一個強感性負(fù)載，即看作一個非線性電感，當(dāng)合閘時，變壓器上的電壓在變壓器內(nèi)部也產(chǎn)生一個磁通，當(dāng)變壓器有剩磁時，合閘后所產(chǎn)生的磁通如果和剩磁極性相同，則變壓器內(nèi)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(chǎn)生的磁通和剩磁極性相反，則變壓器內(nèi)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(guān)系：變壓器繞組中的勵磁電流和磁通的關(guān)系由磁化特性所決定，鐵芯越飽和，產(chǎn)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(yán)重，因而勵磁電流的數(shù)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(xiàn)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(dá)到穩(wěn)定，大型變壓器衰減得慢，全部衰減持續(xù)時間可達(dá)幾十秒。

3、勵磁涌流的大小與合閘瞬間電壓的關(guān)系（理論推導(dǎo)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(dá)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(wěn)態(tài)磁通，變壓器不會產(chǎn)生勵磁涌流；當(dāng)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）?？墒牵捎阼F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(xiàn)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(yīng)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(dá)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(yán)重。

4、變壓器在正常運行時，磁路設(shè)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(dá)額定電流的6倍左右，這一數(shù)值是可以接受的，在設(shè)計中已給予了考慮，一般不會有什么問題。如果發(fā)生剩磁影響，變壓器的磁路可能工作在C點（這取決于剩磁的大小），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(dá)足以影響變壓器正常工作時，變壓器空載合閘瞬間，主變?nèi)嚯妷旱姆禑o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(chǎn)生的沖擊越嚴(yán)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(xiàn)的結(jié)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(fā)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(cè)施加電壓，在變壓器高、中壓側(cè)感應(yīng)出試驗電壓。被試變壓器在中頻電壓作用下呈現(xiàn)為容性負(fù)荷，現(xiàn)場試驗時，要采用電抗器補償?shù)姆椒?，使電流略呈感性，保證試驗電壓的穩(wěn)定。

1、剩磁導(dǎo)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(nèi)在因素。進行變壓器局部放電試驗時，要用250Hz中頻發(fā)。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(cè)導(dǎo)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(cè)為星形接法，加20A的電流，測試時間約3min左右，低壓側(cè)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(yīng)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(lián)起來，通電流測量，由于高壓繞組的匝數(shù)遠(yuǎn)比低壓繞組匝數(shù)多，借助于高壓繞組的勵磁安匝數(shù)，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(dá)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(shù)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(xiàn)讓偏磁與剩磁極性相反，從而消除產(chǎn)生勵磁涌流的根源———磁路飽和，實現(xiàn)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(chǎn)生偏磁，從而避免空投電源時磁路出現(xiàn)飽和。捕捉不產(chǎn)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(xiàn)，如果動作時間漂移1mm，合閘相位角就將產(chǎn)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(jīng)比較精確、穩(wěn)定。

（三）差動保護設(shè)置二次諧波交叉制動功能

設(shè)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(shè)置來實現(xiàn)。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(lián)系外，磁路相互聯(lián)系，一相檢測出勵磁涌流后，應(yīng)當(dāng)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(dá)到閉鎖數(shù)值，閉鎖各相差動保護。

八、結(jié)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(xiàn)的剩磁，為今后的試驗和其他工作奠定良好的基礎(chǔ)。

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