關(guān)于變壓器試驗(yàn)后剩磁的消除問題研究

汪昊銘 申國標(biāo) 錢兵

摘要：變壓器在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常會由于操作不當(dāng)或者設(shè)備選取不當(dāng)?shù)葐栴}導(dǎo)致變壓器的鐵芯中存在大量剩余鐵芯，進(jìn)而致使變壓器的工作不能正常進(jìn)行。筆者結(jié)合多年一些的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對試驗(yàn)完成后變壓器存在剩磁的原因進(jìn)行了探究，并在此基礎(chǔ)上提出了一些有針對性的消磁方法，期望能夠給相關(guān)從業(yè)人員人員及研究人員提供一些借鑒及參考。

關(guān)鍵詞：變壓器沖擊;勵(lì)磁涌流;預(yù)防性試驗(yàn);剩磁;消磁

前言

剩磁問題的產(chǎn)生對變壓器的正常工作產(chǎn)生了極大的影響，對其他與變壓器相關(guān)的試驗(yàn)的進(jìn)行也產(chǎn)生了一定的妨礙，因此，深度剖析剩磁產(chǎn)生的原因，并尋找相應(yīng)的消磁方法是十分重要的。

1直流電阻測試產(chǎn)生剩磁的原因

常見的電力變壓器繞組的電感的容量都比較大，從幾百到幾千亨不等，而其所使用的直流電阻的卻十分的小，幾乎可以以微歐來計(jì)，同時(shí)大型變壓器所需的供電量也十分大，即使是用電流較大的穩(wěn)壓電源也要持續(xù)充電多個(gè)小時(shí)才能達(dá)到飽和。而為提高電力變壓器繞組的充電效率，當(dāng)前行業(yè)被普遍更換了原來的穩(wěn)壓電源，而使用新型的電壓與電流都比較穩(wěn)定的電源進(jìn)行充電。該次變壓器的直流電阻實(shí)驗(yàn)所使用的相關(guān)測量設(shè)備帶助磁的電流恒定式測試儀是出自行業(yè)內(nèi)某知名電子儀器設(shè)備公司。通常情況下，電源不可能達(dá)到電壓和電流的同時(shí)穩(wěn)定狀態(tài)。而這種儀器的作用就是依據(jù)電路中電源的負(fù)載的大小，來判斷電源就是是出于穩(wěn)壓還是處于穩(wěn)流狀態(tài)。本次試驗(yàn)的電源是處于穩(wěn)流狀態(tài)下的。其具體的工作原理為：當(dāng)總開關(guān)閉合后，電源處于穩(wěn)壓狀態(tài)，電路中的電流逐漸增大，當(dāng)電流增大到穩(wěn)定電流的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，電源便會轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)流狀態(tài)。電源的穩(wěn)壓越高，電源的供電速度也就越快，穩(wěn)定電流越大，變壓器的鐵心中的磁飽和程度也就越高，不但能夠加快電源到達(dá)穩(wěn)壓或穩(wěn)流狀態(tài)的速度，而且還能提升測量數(shù)據(jù)的精確性，提高實(shí)驗(yàn)效率。在實(shí)驗(yàn)的過程中，閉合回路中通入的電流是恒定電流，而儀器所設(shè)定的穩(wěn)定電流的大小為十安培。

就當(dāng)前水平而言，直接對測量變壓器的低壓一側(cè)的線圈的直流電阻進(jìn)行測量，操作十分困難，所以當(dāng)前最常見的方法是使用助磁法以及高電流法間接進(jìn)行測量，這兩種方法的原理都是通過使變壓器的鐵心中的磁感應(yīng)強(qiáng)度迅速達(dá)到預(yù)設(shè)狀態(tài)，進(jìn)而使電流電壓達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

為使助磁效果達(dá)到理想狀態(tài)，就要將變壓器的兩側(cè)的繞組進(jìn)行串聯(lián)，使其電流方向相同，但因?yàn)楦邏簜?cè)線圈匝數(shù)遠(yuǎn)多于低壓側(cè)，所以僅需較低的勵(lì)磁電流便能夠讓鐵心達(dá)到飽和狀態(tài)，而十安培大小的磁力電流便可使任何容量的變壓器的鐵心達(dá)到飽和。

由上述的測試方法可以看出，要達(dá)到主變鐵心的飽和狀態(tài)所需要求較低，而如果不能夠良好控制試驗(yàn)時(shí)間，便會導(dǎo)致大量剩磁的產(chǎn)生。

2變壓器勵(lì)磁涌流與變壓器剩磁的關(guān)系

勵(lì)磁電流的大小對主變鐵芯的飽和程度以及測試時(shí)間的長短均會產(chǎn)生不同程度的影響，以下是剩磁的產(chǎn)生與變壓器勵(lì)磁涌流的聯(lián)系：

（1）如果把變壓器當(dāng)作一個(gè)非線性電感，即變壓器線圈中本身便含有導(dǎo)磁介質(zhì)，在閉合開關(guān)時(shí)，外部電壓的存在便會使變壓器內(nèi)部形成一個(gè)小型電磁場，并產(chǎn)生一個(gè)磁通量，如果這時(shí)變壓器中存在剩磁，而剩磁的磁極又恰好與變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的磁通量一致，外部電壓便會對變壓器的總磁通產(chǎn)生影響，使磁通的大小與電壓的變化呈正方向變化，進(jìn)而導(dǎo)致勵(lì)磁涌流的增大;但如果變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的磁通與剩磁的磁極相反，那么總磁通的大小與電壓便會呈反方向變動(dòng)，進(jìn)而使勵(lì)磁涌流降低。

（2）勵(lì)磁涌流是通過變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的磁通間接影響鐵心的飽和度，產(chǎn)生影響的前提是磁化的特殊性質(zhì)。變壓器鐵芯的飽和程度越高，一定大小的磁通的量的產(chǎn)生所要通入的勵(lì)磁電流也就越大。如果在開關(guān)閉合的時(shí)間點(diǎn)不適宜，就會導(dǎo)致變壓器內(nèi)部的鐵心出現(xiàn)過度飽和，進(jìn)而導(dǎo)致勵(lì)磁電流迅速增大，勵(lì)磁電流的大小約為變壓器不存在任何負(fù)載時(shí)的電流大小的一百倍，如果去除線圈電阻的影響，勵(lì)磁電流將會在開關(guān)閉和后的半周左右達(dá)到最大值。

（3）勵(lì)磁涌流的大小與開關(guān)閉合瞬間產(chǎn)生的電壓的關(guān)系：處于交流電路中時(shí)，電壓與磁通量之前總會存在一個(gè)九十度的相位角，且磁通處于落后位置。若在開關(guān)閉合的瞬間，電壓恰好處于峰值，那么磁通量的大小恰好為零，換而言之，在變壓器內(nèi)部的鐵心中存在著一個(gè)穩(wěn)定的磁通量，這是變壓器中不存在勵(lì)磁電流;而如果當(dāng)開關(guān)閉合的瞬間，電壓的大小恰好為零，鐵心中的磁通量便會立刻達(dá)到最大值。

（4）一般而言，在正常運(yùn)行的過程中，變壓器的磁路都是處于飽和狀態(tài)的，處于A工作點(diǎn)，而如果變壓器的一側(cè)沒有負(fù)載的情況下，向另外一側(cè)開關(guān)閉合，并接入額定電壓，處于B工作點(diǎn)，這是磁路便會處于過飽和狀態(tài)，開關(guān)閉合所產(chǎn)生的勵(lì)磁電流大約是額定電流的六倍，但這一大小尚處于可控范圍之內(nèi)，由于在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)便已經(jīng)做好了預(yù)防措施，所以不會產(chǎn)生太大的問題。但若變壓器中存在剩磁，受剩磁的影響，變壓器的磁路便可能處于C工作點(diǎn)，而變壓器的勵(lì)磁電流的大小將會遠(yuǎn)高于限定的極值，這時(shí)應(yīng)立即采取防護(hù)措施，切斷變壓器與線路的連接。

3剩磁影響分析

3.1剩磁導(dǎo)致變壓器過電壓

過電壓現(xiàn)象的發(fā)生離不開各類儲電元件的運(yùn)轉(zhuǎn)。變壓器的局部放電試驗(yàn)需要強(qiáng)度為二百五十赫茲的電磁進(jìn)行輔助，而若鐵心中存在剩磁，便會導(dǎo)致變壓器電壓較高的一端產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象，對變壓器的內(nèi)部組件造成損傷。

3.2剩磁導(dǎo)致互感器計(jì)量誤差

從磁路為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行分析，可以得出結(jié)論：電流互感器的勵(lì)磁與工作兩種磁勢的比值就是電流互感器中的基本誤差。而一旦電流互感器的鐵心存在剩磁，便會致使勵(lì)磁磁勢增大，從而導(dǎo)致基本誤差擴(kuò)大，進(jìn)而導(dǎo)致計(jì)量結(jié)果出現(xiàn)嚴(yán)重偏差。在存在剩磁的情況下，電流互感器的誤差符號是不固定的，而剩磁可對誤差的檢驗(yàn)產(chǎn)生0.4%的影響。若采用標(biāo)準(zhǔn)的硅鋼片和鐵鎳合金試樣進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際檢驗(yàn)情況可得出，電流互感器誤差的正負(fù)通常取決于剩磁強(qiáng)度。若強(qiáng)度較弱，則誤差為正;若強(qiáng)度較強(qiáng)，則誤差為負(fù)。

3.3剩磁導(dǎo)致互感器鐵磁諧振

剩磁對于電壓互感器中的磁飽和產(chǎn)生影響，同時(shí)還會導(dǎo)致非線性、鐵磁諧振等問題的出現(xiàn)。在一定條件下，剩磁對大大減少電磁式電壓互感器中鐵心達(dá)到飽和狀況的時(shí)間，甚至?xí)率硅F磁諧振現(xiàn)象的產(chǎn)生。

4目前現(xiàn)場消除剩磁的方法

4.1直流法消除剩磁

直流法消除剩磁是以電工理論為基礎(chǔ)，正向、反向交替通入直流電源，之后再緩慢降低通入電流的大小，以迫使變壓器鐵心中所存在的磁滯回環(huán)變小，逐漸失去滯磁的效力，以消除剩磁。按電工理論，正反向通入直流電流，并逐漸減小，縮小鐵心的，達(dá)到消除剩磁的目的。

在使用該種方法進(jìn)行消磁時(shí)，需要配備以下器材：電壓為12V的蓄電池作為電源;一個(gè)最大電流為5A，調(diào)節(jié)范圍在零至一百歐間的可變電阻;A、A1兩個(gè)測量范圍為5～10A的直流電流表;一個(gè)兩百歐的固定電阻;K1、K2、K3三個(gè)單向開關(guān);一個(gè)雙向開關(guān);在被用于實(shí)驗(yàn)的變壓器電壓較高的一端的各個(gè)相鄰的繞組建通入直流電源。

4.2交流法消除剩磁

交流法消除剩磁就是變相的利用單相空載試驗(yàn)的原理消除剩磁。首先，在用于試驗(yàn)的變壓器電壓較低的一端的各個(gè)相鄰的繞組線圈間分別加上五十赫茲的交流電壓，并將高壓側(cè)的中性點(diǎn)與地面連接。其次，根據(jù)電源容量的大小調(diào)整補(bǔ)償電容器，降低電源的供電大小，以與試驗(yàn)變壓器電壓較低的一端相連接的電壓表示數(shù)為判斷依據(jù)，緩慢地將電壓升高到額定電壓的一半，保持該種狀態(tài)五分鐘左右，然后再將電壓以平均、緩慢的速度歸零，之后再以相似的速度將電壓提升至額定電壓的最大值，如此反復(fù)多次，直至消磁達(dá)到理想效果。

4.3開路消磁法

在消磁的過程中，要為電流的互感器串聯(lián)或并聯(lián)一個(gè)阻值極大的導(dǎo)體，使之形成開路狀態(tài)，接著通過升流變壓器向其中通入一定大小的額定電流，通常為10%到15%之間為宜，然后再緩慢的將電流降到最低。使用該種方法進(jìn)行消磁，通常要反復(fù)重復(fù)多次，才能達(dá)到最佳效果。此外，在進(jìn)行消磁時(shí)，還要在線圈匝數(shù)較多的輸出端接入一個(gè)交流峰值電壓表，對輸出端的電壓大小進(jìn)行監(jiān)測，一旦當(dāng)交流峰值電壓表的示數(shù)大于2.6千伏使，要立刻停止加大通入電流。此外，還要注意的是，使用該種方法進(jìn)行消磁時(shí)，變壓器的輸出端產(chǎn)生的高電壓會對與之連接的負(fù)載及操作人員的安全造成極大的威脅。所以，在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，相關(guān)人員務(wù)必要落實(shí)人員及設(shè)備的安全保護(hù)措施。

4.4閉路消磁法

在電容足夠大的情況下，在進(jìn)行二次繞組時(shí)，在線路上串聯(lián)一個(gè)約等于額定負(fù)荷的十至二十倍的電阻，對線路通以不同大小的電流，在零到額定電流的一點(diǎn)二倍的范圍中，由小到大，緩慢施加，然后由大到小緩慢降低，直至降到零為止。

4.5其它方法

在鐵心上制作一些大小適宜的小孔或縫隙也可以達(dá)到消磁的目的，不過一般情況下在消磁的效果有限。同時(shí)要注意的是，使用該種方法時(shí)，繞組鐵心要使用特定的材料進(jìn)行制作，如非晶、坡莫合金等。

5高壓變壓器局部放電試驗(yàn)的常見故障與處理

5.1分接開關(guān)檔位的設(shè)置

經(jīng)過實(shí)際操作證明，高壓變壓器的分接開關(guān)的控制能力較弱，開關(guān)處于任意檔位，高壓側(cè)所承受的線圈間的電壓總是遠(yuǎn)高于低壓側(cè)。因此，在進(jìn)行局部放電試驗(yàn)時(shí)，可直接將分接開關(guān)調(diào)到較高的檔位，無需從低檔進(jìn)行一一調(diào)試，一般情況下，調(diào)到十七檔較為合適。

5.2高壓端繞組的變形檢測

經(jīng)實(shí)際測量結(jié)果顯示，高壓變壓器的高壓套管的高度是普通電壓器的數(shù)倍，因此，在缺乏外力的幫助下，要進(jìn)行通過人工攀爬進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，不僅危險(xiǎn)系數(shù)非常高，而且可操作性較小，工作難度較大。所以在實(shí)際對變壓器的繞組進(jìn)行檢測的過程中，通常使用在電壓器的套管末屏獲取信號的方式，不僅能減少工作量，且不存在安全問題。

結(jié) ?語

綜上所述，要消除變壓器使用后的剩磁，就必須結(jié)合變壓器的實(shí)際情況，從源頭上尋找有效方法進(jìn)行消磁，才能達(dá)到預(yù)期的效果，為變壓器的后期使用做好準(zhǔn)備工作，確保相關(guān)工作的順利進(jìn)行。

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