變電站變壓器涌流過大的原因及涌流抑制裝置的應(yīng)用分析

蔡思賢

摘 要：為滿足生活、生產(chǎn)用電的各類需求，供電系統(tǒng)除了要完成電能輸送外還要對入戶電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，這就需要設(shè)立變電站來完成。變壓器是變電站的主要設(shè)備之一，主要進(jìn)行電力系統(tǒng)中電壓的轉(zhuǎn)換及電能分配等，利用電磁感應(yīng)的原理來改變電壓。本文主要針對變壓器工作中出現(xiàn)的勵(lì)磁涌流和應(yīng)涌流兩種涌流現(xiàn)象來探討變壓器涌流過大的原因，并通過實(shí)例分析來探討涌流抑制裝置的作用及應(yīng)用，以更好地完成變電站變壓器供電工作。

關(guān)鍵詞：變壓器；涌流；抑制裝置

中圖分類號：TM92 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

伴隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，對電能及電力資源的使用也越來越廣泛，電為生產(chǎn)、生活提供基本的動力保障。發(fā)電廠在對外進(jìn)行電能輸送時(shí)，為了滿足遠(yuǎn)距離的電能輸送，采取高電壓輸送模式，與此同時(shí)，需要設(shè)立變電站來連接發(fā)電廠到用戶，以進(jìn)行電壓的調(diào)節(jié)，滿足使用需求。變壓器是利用電磁感應(yīng)原理來改變電流的裝置，是變電站中的主要設(shè)備，對于電能的持續(xù)、穩(wěn)定、安全供應(yīng)具有重要作用，變壓器涌流又對變壓器的工作效能有重要影響。

1 變壓器涌流及導(dǎo)致變壓器涌流過大的原因

所謂的變壓器涌流，指的是空載變壓器在剛剛接上電源的時(shí)候，在電源側(cè)會出現(xiàn)超出額定電流很多倍的電流，進(jìn)而對正常供電造成不良影響；產(chǎn)生涌流的基本的原因出現(xiàn)在變壓器內(nèi)部的鐵心磁化曲線出現(xiàn)的非線性變化，涌流在時(shí)間上是連續(xù)存在的，但會呈現(xiàn)出暫態(tài)電流的狀態(tài)。勵(lì)磁涌流和和應(yīng)涌流是變壓器涌流的兩種常見形式，一旦發(fā)生涌流會破壞變壓器的保護(hù)功能的發(fā)揮，進(jìn)而導(dǎo)致電氣設(shè)備的破壞、影響整個(gè)電力系統(tǒng)，了解變壓器涌流及其產(chǎn)生原因和影響因素是發(fā)揮變壓器功用、發(fā)揮變電站功用的重要保障。

電路流通過程中一旦產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，其大小能夠達(dá)到額定電流的8倍左右，破壞作用可想而知。“當(dāng)變壓器進(jìn)行空載合閘或變壓器外部故障被切除后電壓突然恢復(fù)時(shí)，由于其磁鏈不能突變，從而產(chǎn)生非周期磁鏈，使得磁鏈支路飽和”，進(jìn)而產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。產(chǎn)生勵(lì)磁涌流后會導(dǎo)致變電站變壓器的作用受到限制，出現(xiàn)電壓急劇下降、大量諧波涌入電網(wǎng)等現(xiàn)象，這對于整個(gè)電力系統(tǒng)中的部分設(shè)施設(shè)備都會造成影響，出現(xiàn)諸如計(jì)算機(jī)死機(jī)、繼電保護(hù)設(shè)備的實(shí)效等等，影響嚴(yán)重。空載充電是變壓器產(chǎn)生大量勵(lì)磁涌流的原因之一，“同時(shí)對多個(gè)變電站的主變壓器空載充電，會在變壓器高壓側(cè)產(chǎn)生大量的勵(lì)磁涌流，并在主變壓器繞組中電磁感應(yīng)出較高的暫態(tài)過電壓”，一旦變電站中的多個(gè)變壓器都產(chǎn)生過量的勵(lì)磁涌流并匯集到一起，就會影響到原有的線路所具有的保護(hù)性能的閾值，進(jìn)而產(chǎn)生跳閘、線路中斷等供電事故。

相較于勵(lì)磁涌流，和應(yīng)涌流的產(chǎn)生原因還多受變壓器外部的諸多因素的影響，其產(chǎn)生的形式呈現(xiàn)出多樣性的特點(diǎn)；同時(shí)值得注意的是，和應(yīng)涌流產(chǎn)生后造成的危害和影響具有一定的滯后性和隱蔽性，這對及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并保障線路正常工作提出了更高要求，因此，正確認(rèn)識和應(yīng)涌流并了解其產(chǎn)生原理及危害頗具必要性。一般來說，“空投變壓器的磁鏈最大值在合閘后的很短時(shí)間內(nèi)達(dá)到，而運(yùn)行變壓器的磁鏈要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到”，根據(jù)這一原理，在合閘之后很短的時(shí)間內(nèi)會產(chǎn)生起始涌流，繼而和應(yīng)涌流會逐漸達(dá)到一個(gè)峰值，達(dá)到最大之后又有一個(gè)逐漸衰退的過程。和應(yīng)涌流的大小還與系統(tǒng)電源和變壓器之間的電阻有關(guān)系，當(dāng)整個(gè)電力系統(tǒng)的電源和變電站變壓器之間的線路的阻值較大時(shí)，對和應(yīng)涌流的產(chǎn)生發(fā)揮更加積極的推動作用，阻值越大，就能夠以越快的速度使得變電站變壓器達(dá)到飽和速度，進(jìn)而就會產(chǎn)生越大的和應(yīng)涌流；與此相反，當(dāng)系統(tǒng)電源與運(yùn)行的變電站變壓器之間線路的電感較小時(shí)，變電站變壓器達(dá)到飽和狀態(tài)的時(shí)間就會較長、速度較慢，進(jìn)而就會產(chǎn)生較小的和應(yīng)涌流。另外，變電站變壓器實(shí)際運(yùn)行中會受到多種電源的影響，系統(tǒng)電源、供電方式等都會對線路中電能的流動和和應(yīng)涌流的產(chǎn)生及其大小造成影響。

2 變壓器涌流抑制裝置的應(yīng)用

變壓器涌流抑制裝置是為抑制變壓器涌流的儀器設(shè)備，減小變壓器涌流，進(jìn)而對傳輸線路和電力安全起到保護(hù)作用，涌流抑制器的使用不僅對減小沖擊主變時(shí)對系統(tǒng)的影響有明顯的效果，而且對于保護(hù)自身的設(shè)備和較少保護(hù)誤動的概率也是有很大的作用的。涌流抑制器的基本工作原理是通過控制變壓器空投時(shí)電源電壓的合閘相位角，讓勵(lì)磁、偏磁極性相反，進(jìn)而消除產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的要素（磁路飽和），進(jìn)而控制勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生及大小，而且對于保護(hù)自身的設(shè)備和較少保護(hù)誤動的概率也是有很大的作用的。涌流抑制器的正是通過是對合閘點(diǎn)進(jìn)行控制，調(diào)整合閘時(shí)間，從而控制涌流的產(chǎn)生及大小。涌流抑制器上的測量裝置能夠?qū)嗦菲鞴ぷ鬟^程中產(chǎn)生脫離回路電源時(shí)的時(shí)間差進(jìn)行測量，從而對合閘、分閘的時(shí)間進(jìn)行調(diào)整、修正。圖1為空投變壓器工作時(shí)的涌流抑制裝置的工作原理，通常情況下，變壓器涌流抑制器只對斷路器進(jìn)行合閘的操作，“涌流抑制裝置接受外部發(fā)來的合閘或分閘接點(diǎn)命令，在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)通過輸出接點(diǎn)驅(qū)動線路器的合閘或分閘控制回路”，而分閘操作可以通過人工行為或者是相關(guān)的繼電保護(hù)器來實(shí)現(xiàn)。

3 空投變壓器控制原理

通過借助繼電保護(hù)器來進(jìn)行分合閘操作，使變壓器涌流抑制裝置發(fā)揮作用的基本原理是：繼電保護(hù)器的分閘命令和合閘命令都通過涌流抑制裝置傳輸給繼電保護(hù)器的控制回路，從而實(shí)現(xiàn)抑制涌流的作用，圖2為涌流抑制裝置對繼電保護(hù)器發(fā)揮作用的常見應(yīng)用設(shè)置的一種：

變電站變壓器通過涌流抑制裝置的應(yīng)用來對勵(lì)磁涌流及和應(yīng)涌流發(fā)生作用，從而保證電流的穩(wěn)定，保證持續(xù)、穩(wěn)定的供電，涌流抑制裝置還具有以下功能：一是其抑制涌流的作用不僅體現(xiàn)在對變電站變壓器等方面，而且可以有效抑制輸電線路及電容器等方面；二是涌流抑制裝置能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)由三相聯(lián)動的斷路器的空投變壓器或者是電抗器從而對勵(lì)磁涌流發(fā)揮抑制作用；三是涌流抑制裝置的發(fā)展對于變壓器本身的更新升級提出了更高的要求，有利于變電變壓器在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及功能發(fā)展上的優(yōu)化；四是涌流抑制裝置對于整個(gè)電力系統(tǒng)地運(yùn)行來說具有節(jié)能減耗的環(huán)保功能，通過涌流抑制裝置，變電站的備用變壓器能夠按照冷備用的方式來運(yùn)行，能夠有效減少設(shè)備空轉(zhuǎn)空載而帶來的能源消耗問題。

變電站變壓器中勵(lì)磁涌流和和應(yīng)涌流這兩者之間也是相互影響的，“勵(lì)磁涌流的衰減會受到和應(yīng)涌流的影響，而和應(yīng)涌流的形成與許多因素有關(guān)，這是合閘變壓器勵(lì)磁涌流偏磁累積造成的”。通過借助涌流抑制裝置對變電站變壓器運(yùn)行過程中的涌流發(fā)揮抑制作用是當(dāng)前變電站變壓器工作的內(nèi)容之一，解決這一問題的關(guān)鍵還在于通過技術(shù)革新和研究來增強(qiáng)對變壓器涌流的識別和認(rèn)知，真正從技術(shù)上去解決問題，進(jìn)而保護(hù)整個(gè)電力系統(tǒng)的持續(xù)、高效運(yùn)轉(zhuǎn)，而不能僅停留于通過外接裝置來改善變壓器的運(yùn)行和工作。

結(jié)語

變電站變壓器產(chǎn)生過大的涌流是多方面的因素造成的，空投變壓器涌流是較為常見的，還有諸如變壓器的初次級的不同電壓側(cè)出現(xiàn)電路短路的故障而進(jìn)行的切除也會造成涌流的大量出現(xiàn)，從原始電源到變電站的長距離的運(yùn)輸電能的線路也是造成涌流過大的原因。涌流過大不僅破壞設(shè)施設(shè)備，而且對于整個(gè)電力系統(tǒng)的工作造成不良影響，所以借助涌流抑制裝置來抑制變電站變壓器的過量涌流，在借助外接設(shè)備進(jìn)行干預(yù)抑制的同時(shí)，更重要的是加大技術(shù)投入與研究，充分認(rèn)識涌流的產(chǎn)生并有效解決。

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