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变压器励磁涌流产生机理及抑制措施摘要:变压器作为交流电力系统重要的电气设备其正常运行直接关系着系统的安全。差动保护作为变压器主保护励磁涌流是影响其正确动作与否的关键因素之一。文章分析了变压器励磁涌流及其特点以单相变压器为例分析了励磁涌流产生的机理并给出了常见的抑制措施。关键词:变压器励磁涌流二次谐波间断角1、变压器励磁涌流及特点变压器是一种依据电磁感应原理制造而成的静止元件是交流输电系统中用于电压变换的重要电气设备。当合上断路器给变压器充电时有时候能够观察到变压器电流表的指针有很大摆动随后很快又返回到正常的空载电流值这个冲击电流通常就被称为励磁涌流。总的来说变压器励磁涌流有以下几个特点:第一波形呈现尖顶形状表明其中含有相当成分的非周期分量和高次谐波分量其中高次谐波以二次和三次为主并且随着时间推移某一相二次谐波含量可能超过基波分量的一半以上。第二励磁涌流幅值与变压器空载投入的电压初相角直接相关。对于单相变压器来说当电压过零点投入时励磁涌流幅值最大。由于三相变压器各相间有120度相位差所以涌流也不尽相同。第三在最初几个波形中涌流将出现间断角。第四涌流衰减的时间常数与变压器阻抗、容量和铁心材料等都相关。2、励磁涌流产生机理变压器励磁涌流是由变压器铁心饱和引起的。在铁心不饱和时铁心磁化曲线的斜率很大励磁电流近似为零;一旦铁心出现饱和磁化曲线斜率变小电流随着磁通线性增长最终演变为励磁涌流。下面以单相变压器空载合闸为例分析励磁涌流产生机理。设变压器在时间t=0时合闸则施加于变压器上的电压为:(1)又变压器电压与磁通间的关系为:(2)故:(3)式(3)中第一式为稳态磁通后两式为暂态磁通为铁心剩磁与合闸时刻的电压相关。计及成本和工艺现代常用的电力变压器饱和磁通一般设为1.15~1.4而变压器运行电压一般不应超过额定电压的10%。因此变压器稳态正常运行时磁通不会超过饱和磁通铁心也不会饱和。但在暂态过程中如变压器空载合闸时由于剩磁的作用运行磁通就有可能大于饱和磁通从而造成变压器饱和。例如最严重的是电压过零时刻合闸假若此时铁心的剩磁非周期磁通为经过半个周期后磁通达到将远大于饱和磁通造成变压器严重饱和。3、抑制措施对于现场中常用的三相电力变压器防止变压器励磁涌流引起差动保护的措施主要有以下几类。3.1采用速饱和中间变流器差动保护按照躲开最大不平衡电流进行整定时带速饱和原理的差动保护能够减少非周期分量造成的保护误动如BCH-2型就是一种增强型速饱和中间变流器的差动保护。这种差动保护的核心部分是带短路线圈的饱和中间变流器和差动电流继电器。短路线圈的存在使得在具有非周期分量电流时继电器的动作电流大为增加从而提高了躲避励磁涌流和外部短路时暂态不平衡电流的性能。采用BCH-2型差动保护要注意短路线圈匝数的确定匝数愈多躲避涌流的性能愈好但内部短路时继电器的动作延时就长。对中小型变压器由于励磁涌流倍数大内部故障时非周期分量衰减快对保护动作要求又较低一般选较大的匝数而对大型变压器内部涌流倍数小非周期分量衰减慢又要求保护动作快则应选较小的匝数。最后选用的抽头是否合适应经变压器空投试验来确定。同时灵敏度检验应按内部短路时最小短路电流来进行。如不满足要求则应选带制动特性的差动保护。与BCH-2型原理相同的还有DCD-2型差动继电器构成的差动保护。总的来说带速饱和原理的纵差保护由于动作电流大灵敏度低并且在变压器内部故障时会由于非周期分量的存在而延迟动作已逐步被淘汰。3.2二次谐波制动依照励磁涌流中含有二次谐波的特点设计了二次谐波制动的方法一旦保护检测到差流中含有的二次谐波大于保护整定值就闭锁保护继电器防止励磁涌流引起保护动作。二次谐波制动的动作判据可写为:(4)其中和分别为差流中的基波和二次谐波分量的幅值为二次谐波制动比。现场应用时根据运行经验和空载合闸试验一般按照躲过各种励磁涌流下最小的二次谐波含量整定。一般而言二次谐波制动比可设为(15%20%)。二次谐波制动的差动保护原理简单调试简便灵敏度高在当前变压器纵差保护中应用广泛。但是在安装有静止无功补偿装置等电容分量比较大的系统故障暂态电流中也有较大的二次谐波含量致使差动保护动作速度受到影响。若空载合闸前变压器已经存在故障合闸后故障相为故障电流非故障相为励磁涌流采用三相或门制动的方案时差动保护必将被闭锁。由于励磁涌流衰减很慢保护的动作时间可能会长达数百毫秒。这也是二次谐波制动方法的主要缺点。3.3间断角鉴别的方法前面提到在最初几个波形中涌流将出现间断角