防范控制励磁涌流危害的技术措施探讨

摘要：文章细究励磁涌流产生的根本原因，总结以往经验教训，多维度观察思考，采取预防、消除、控制等多重技术手段，并以实测数据为依据，寻找切实可行的方案。提高主变送电成功率，增强系统稳定性，需要从电气系统的整体、局部、根源上发掘查找不足、缺陷和隐患，从而拓宽技术改进思路，竭力做好励磁涌流的防范控制工作。

关键词：变压器；空载充电；励磁涌流；消磁；磁路饱和；相控

中图分类号：TM401

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）24-0070-03

随着电力系统的高速发展，系统容量不断增大，结构也日益增强，安全愈发重要。对于大型电力变压器空载充电带来的严峻问题，即励磁涌流造成保护误动等危害也日益凸显。传统的识别和处置方式均存在若干局限性或取值不精准的问题（定值、死区、计算误差等）。即便保护躲过了涌流，依然无法避免负荷波动、系统参数突变的现象发生。基于更精准、更可靠要求的提出，防范控制励磁涌流危害成为了一个不可回避的课题。

这里结合台山电厂的情况，针对变压器自身结构特性，细究励磁涌流产生的本质因素，分析以往案例性质特征，借助先进技术理论及成果，从变压器受电方式、CT特性、剩磁、合闸相角四个方面分析、讨论防范控制励磁涌流的技术措施。

1　变压器受电方式

励磁涌流是变压器绕组在外施电压的突然作用下，由于磁路饱和而反映出的电气暂态过程。从直接原因上看，如果变压器送电能够避免空载合闸，也就回避了励磁涌流的问题。电力系统大型变压器的送电方式由系统主接线形式决定，一般有零起升压和空载充电两

种。以下以台山电厂一期主接线为例进行分析。

台山电厂一期电气主接线系统分为220kV系统和500kV系统，且各为独立系统。220kV系统采用双母线带母联的接线方式，两台主变接入，四条输电线路送出；发电机与变压器为发变组单元接线形式接入系统，无出口开关，机组通过变高侧断路器同期并网。500kV系统采用二分之三断路器接线方式，三台主变接入，两条输电线路送出；发电机与变压器为发变组单元接线形式接入系统，设有出口断路器，也是并网同期点。

系统结构上，220kV系统运行调度较为简单，主变可以零起升压的方式转入运行，直接回避了励磁涌流及其一系列问题。500kV系统的二分之三接线调度更灵活，出口断路器也省去了启/备变的设置，但主变却不得不采用空载合闸方式充电，从而势必面临产生励磁涌流的问题。由此可见，系统结构的设计可以首先并直接地回避励磁涌流的问题，但并不能杜绝。当有电气联系的邻近变压器空充时，也可能诱发本侧和应涌流的出现。另一方面，主接线设计也需全盘考虑系统性、经济性、可靠性，且对于已投产的机组几乎不可能做主系统结构的改造，这就需从其他方面再着手解决。

2　保护用电流互感器的励磁特性

主变压器外部故障的主保护一般采用二次谐波制动的差动保护，由CT不同型、变比差异、传变差异等产生的不平衡电流对差动保护的影响也不可轻视。

2011年，广东电网某电厂在执行主变检修转运行操作时，差动保护动作机组跳闸。事后经查，直接原因是差动保护用两侧CT励磁特性不一致，存在超过定值的较大差流。稳态情况下，CT特性不一致并不影响保护运行；而暂态情况下，由于大量非周期分量存在，特性较差的CT先饱和或饱和度更严重，导致励磁电抗减小，电流随之增大，加之相角差等，从而产生的大差流将可能导致保护动作。

因此，变压器差动保护两侧应采用抗饱和能力较强的CT；发电机纵差保护两侧CT必须保证型号、特性完全相同。此外，减少保护CT二次负载，能降低铁芯饱和度；测试两侧负载，保证负载相同，也可减少差流。已投产的厂站应认真核查保护用CT特性，对励磁特性不一致的或抗饱和能力差的进行更换；提高抗饱和能力，降低不平衡电流的影响，避免暂态情况下差流大造成保护误动。

3　变压器修后自主性消磁

变压器停电检修中，按照检修规程须进行绕组直流电阻测试，以检验内部焊接质量及载流部件的接触是否良好。但直阻测试后，在变压器铁芯中残留的剩磁，其大小与极性往往未知，在变压器空充时，即有可能造成磁路严重饱和，这也是常见的涌流诱因之一。因此，在防范控制励磁涌流的措施中，应重视主变修后消磁工作，将其写入变压器检修作业指导书或检修文件包等文件中，作为检修项目的一个质检点和验收环节去认真对待。

变压器消磁一般通过消磁仪去完成，简便实用，三相全部消磁一般仅需4～8个小时即可。消磁后，变压器充电过程中励磁电流的削弱效果明显，同时也是后面要讲到的相控合闸的补充措施——由于变压器修后，剩磁极性大小未知，如按“上次分闸角”执行相控合闸就没有任何意义，产生较大涌流的概率依然不可控。因此，变压器修后消磁绝对是不可忽视的一项防范控制措施。

4　空载充电采取相控合闸

变压器励磁涌流产生的主要原因是铁芯磁路饱和，因此控制励磁涌流可以从降低、控制铁芯饱和上考虑。变压器设计制造时，铁芯的饱和磁通是在稳态磁通的基础上留有裕度的，稳态下不会饱和。设定电源侧电压函数为，

又有，那么磁通的函数关系式为：。

磁通相位落后于电压90度，且由上述函数关系可见，空充时磁通大小取决于。在=0°或180°时合闸，电源侧电压过零点，磁通最大，磁路易饱和；在=90°或270°时合闸，电源侧电压过峰值，磁通最小，励磁电流也最小。当变压器铁芯中存有剩磁时，在系统电源侧峰值时合闸，由于没有多个来源磁通的相叠加，也不会导致磁路饱和，极大降低了励磁涌流产生的概率。因此，可以考虑在系统电源侧电压峰值相控合闸来减小或抑制励磁涌流。

本文以台山电厂5号主变励磁涌流抑制改造项目为例，进行简要分析。台山电厂500kV系统为二分之三断路器接线方式，两个完整串，一个不完整串，5号主变串为交叉接线的完整串，如下所示：

首先，500kV系统的结构特点、断路器特性直接影响着加装涌流抑制装置的可行性。500kV系统配电设备为气体绝缘全封闭组合电器，其金属外壳内充有一定压力的SF6气体，有效减弱了断路器的拉弧和预击穿效应，保证了动作时间的稳定性。第三完整串中5031为线路边开关，5032为联络开关，5033为变高边开关。5号主变复电操作流程是分开5032和5033开关，然后合上变高侧进线刀闸，再合上边开关5033充电。结构上，系统具备励磁涌流抑制装置的加装条件，装置可加装在5033开关的控制回路上。