试论变压器试验后剩磁的消除方法

【摘 要】本文阐述了大型变压器在预防性后，由于试验设备使用不当，或试验顺序不正确，会在变压器铁芯内造成大量剩磁的存在，给变压器其他试验及倒送电造成冲击影响。本文主要讨论剩磁产生的原因及消除剩磁的方法。目前在各个厂家中采取了很多不同的措施，这里对采用的几个措施进行了原理上的阐述，并对它们进行了一些比较分析。

【关键词】变压器冲击；励磁涌流；预防性试验；剩磁；消磁

0 前言

某电厂有两台9FA燃气-蒸汽联合循环发电机组，发电机（390H）采用美国GE公司设备，220KV升压站采用SF6气体绝缘组合电器（GIS），为双母线带母联方式。GIS和主变压器的联络采用220KV高压电缆连接并采用直埋的方式，主变正常运行变比为236KV/19KV，容量为480MVA，发电机出口带开关，作为单元机组与系统的并网点。主变在每次检修工作后，需倒送电正常，给机组辅机供电后，机组才具备启动条件。

#1机组检修过程中，主变做了预防性试验，试验内容包括：介质损耗、直流电阻测量等项目。机组检修后，按照GE9F燃气机组的开机方式，主变首先合闸受电。在#1主变合闸时，主变差动（A相）保护动作，合闸失败。

对变压器进行全面检查，包括油样化验、瓦斯继电器检查、检修试验数据复审，均未发现异常。于是重点对故障录波器录取的波形进行了分析。故障录波器录取波形如下：

分析波形分析，波形出现明显的间断，是很典型的励磁涌流。调看发变组保护G60的分析报告，其中二次谐波含量为0.12，而变压器差动保护的二次谐波闭锁设定值是0.13，二次谐波含量没有达到闭锁值，没有闭锁差动保护出口。初步判断是励磁电流，造成的保护误动。

经过仔细回顾检修过程，我们发现试验人员因为天气原因，首先进行了变压器的其他试验项目，最后进行的是变压器直阻测量，并且试验后，未进行消除剩磁的处理。我们认为变压器试验后的剩磁是造成此次变压器励磁涌流大幅增长的原因。

1 直流电阻测试产生剩磁的原因

由于电力变压器绕组的电感很大为数百亨至数千亨，而直流电阻很小最小至数百微欧，用稳压电源给大型变压器绕组充电达到稳定的时间可能长达数十分钟至数小时，为解决稳压电源给绕组充电的稳定时间过于长的问题，现在普遍使用的是采用稳压稳流电源充电的方法。此次变压器直阻测量使用的测量仪器是保定市金达电力科技有限公司生产的BZC-3391（带助磁）恒流式测试仪。该仪器可根据电源负载的大小，来决定稳压稳流电源是工作于稳压状态还是稳流状态，电源只能工作于其中一种状态，此次测试选择的是稳流状态下。其工作原理如下：RN为电流取样电阻，E为稳压稳流电源的最大稳压电压，I为仪器设定的稳流电流，开关K合上后，稳压稳流电源刚开始工作于稳压状态，回路电流逐步上升，当充电电流达到仪器设定的稳流电流时，稳压稳流电源进入稳流状态。E越高充电速度越快，I越大铁芯磁通密度饱和程度越高，可有效降低电感L以缩短稳定的时间、I越大测量信号Vx越大，数据更准确稳定，为了节省测试时间，获得更准确的测试数据，试验中，选用的是恒流模式，稳定电流选择的是10A。

快速准确测量五柱式、低压d联接大容量变压器低压绕组直流电阻测量难度相对较大，依据目前解决该难点均是采用大电流法或助磁法来解决，其原理均是使铁心磁通密达到饱和以达到快速稳定的的方法。

为了更好的达到助磁效果，实际采用的高低压绕组串联助磁方法，其高低压绕组的电流方向一致，由于高压绕组匝数是低压绕组匝数若干倍，因此较小的励磁电流即可使铁心达到饱和，l0A的励磁电流即可满足所有容量变压器的要求（五柱式、低压d联接大容量变压器低压绕组低压绕组采用四端法测试时，达到铁心饱和的励磁电流需几十安以上）。

综上所述，由于以上测试方法，主变铁芯可能出现大幅度饱和，而较长的测试时间（低压绕组测试时间约为每相30min）会造成较大的剩磁存在。

2 目前现场消除剩磁的方法

2.1 直流法消除剩磁

按电工理论，正反向通入直流电流，并逐渐减小，缩小铁心的磁滞回环，达到消除剩磁的目的。

E―蓄电池（12V）；R―可变电阻（0―100Ω，5A）；A、A1―直流电流表（5～10A）；K―双刀双投刀闸；K1、K2、K3―小刀闸；R1―固定电阻（200Ω）。

在被试变压器高压绕组（三相变压器可分别在AB和BC端）通入直接电流，例如为5A，其方向应与测试绕组直流电阻时的电流方向相反；合K1，断开K，使A1电流降至“零”；通入相反方向电流4.7A；依次类推，每次电流值降低5%～6%，直至电流为0.05A以下时，直流去磁结束。具体操作步骤如下：

1）K开，K1开，K3合，K2合，合K至“正”，电流A达预计值；K1合，K2开，K开，K3开，至电流A1接近“零”，K1开；

2）K开，K1开，K3合，K2合，合至“负”电流A达预计值；K1合，K2开，K开，K3开，电流A1接近“零”，K1开；

如此往复，试验电流不断减小，可消除剩磁。

2.2 交流法消除剩磁

在被试变压器低压侧（ac，ab和bc之间）分别施加50Hz交流电压，高压中性点接地。视电源容量，调节补偿电容器C，使电源电流减少，被试变低压侧以反映平均值电压表Va读数为准，逐渐升高电压至50%额定电压，并停留约5min，将电压缓慢降至“零”再重新缓慢升高电压至100%额定电压，直到完全去磁。

判断完全去磁的方法：

1）在电压上升和下降过程中，同一电压下的励磁电流值相同；

2）励磁电流的波形上下对称，无偶次谐波分量。

3 消除剩磁的实例

用直流和交流方法对一台750MVA、500kV三相变压器进行了去磁。本来，其中的一种方法均足以去磁，但为了检验直流法的效果，特增加了交流法。

在AB和BC端间，分别进行直流去磁，耗时约7h。同时接线，进行交流去磁，在第一次升电压至50%额定电压时，即尚未开始交流去磁，励磁电流中已无偶次谐波，说明直流去磁的效果很好，我们已对7台（相）500kV变压器进行过直流去磁，并用交流法的励磁电流无偶次谐波判别方法，予以验证，均取得满意效果。

4 结论

1）绕组直流电阻的测试，会在变压器铁心中残留剩磁，建议现场220～500kV变压器高压绕组的测试电流，以不大于5A为宜。

2）当剩磁产生较大影响时，应考虑剩磁的消除。交流消磁法由于使用的设备较复杂，不利于现场使用。现场消磁应优先考虑直流法消磁剩磁。

3）工程实际中，无需将剩磁消除到完全消失，可使用1A电流，多次放电，理论上可以降低剩磁值，降低变压器涌流值。

4）在试验顺序中，采用先直流后交流试验顺序，可以减少剩磁的存在，例如，先做直阻测试，后做交流介损试验。

5）目前市面上有利用直流消除剩磁原理生产的剩磁消除装置，其设计原则就是电路的集成化、自动化，当多次使用仪器消除剩磁后，可基本保证剩磁不会对变压器冲击产生影响。

6）9FA燃机可以启用第二并网点并网，发电机启动前合上出口开关，带主变高厂变零起升压，将利用主变高压侧开关并网，避免对主变的冲击，在大型燃煤机组中，都使用该模式并网。