励磁涌流的抑制方法.doc

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1、摘 要：合空载电力变压器时会产生数值相当大的励磁涌流，易造成变压器差动保护装置的误动作。针对这一问题，介绍了两种削弱励磁涌流的方法：控制三相合闸时间或在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的，但利用控制三相合闸时间来削弱励磁涌流在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

2、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5s［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

3、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

4、无穷大，如图1所示：此时有　　此处把变压器的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

5、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。　　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

6、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。 　　该方法适用于已知单

7、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1．0ms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

8、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