涌流抑制技术励磁涌流的危害

在影响变压器差动保护出线不平衡电流的众多因素当中，以变压器空载合闸或外部故障切除所产生的励磁涌流最为严重。其表现主要体现在两个方面，一方面是励磁涌流只存在于变压器的电源侧，而负载侧由于开路没有电流流过，另一方面是励磁涌流的大小可以达到变压器额定电流的几倍甚至是几十倍。如果不能正确识别或者抑制励磁涌流，其流入差动保护回路后就将会造成差动保护误动。除了产生误动对变压器差动保护造成不利影响以外，励磁涌流还有可能对差动保护造成拒动或延缓动作的情况。比如，当变压器发生匝间短路，或者高压侧经高阻接地的单相短路，虽然这两种情况也属于变压器内部短路故障，但是由于流入变压器差动保护回路中的不平衡电流较小，差动保护将会产生拒动或者延迟动作。

经常使用的励磁涌流判断方法大部分都是参照所获得的变压器励磁涌流内部的特点等去规划和判断励磁涌流以及短路电流。如图1所示，这一方法的错误判断比率相对较大，在对励磁涌流进行处理、协调过程中通常也是短暂性地关闭保护设施，预防其保护设备出现误动的情况。基于以上分析可以看出必须采取有效方法来减少励磁涌流的出现。

根据上面的细致全面探究，可以把功率耗费思想同变压器磁通的分析二者联系起来，拿出一个全新的励磁涌流判断策略，也就是电力系统与磁通二者的直流分量进行比较、分析，设△P是差瞬间有功功率，也是变压器所耗费的功率。而△Po则代表其直流分量。这其中展现了变压器所损耗的有效值，在两者相互对比之下形成一类全新的、科学的励磁涌流判断方法。

当变压器处于常规工作状态时，差瞬时有功功率的直流分量小，变压器磁通量处于短缺状态，励磁涌流内部也没有很大的直流分量。变压器一旦出现励磁涌流，其磁通则更为饱满，其中会出现大量电流，并失去了平衡，此时与常规情况相比，变压器耗费了更多的有功功率，然而磁通内部的直流分量却很多。变压器内部一旦出现带有故障问题的电流，励磁系统的压降会受到控制，那么励磁不会产生很大的电流，磁通无法走向饱满状态。

经过专业人士的研究探索，现已将变压器上装上封闭保护装置，来预防其运行失误，减少不利情况出现，然而其中的励磁涌流是一大问题，会形成对变压器的极大威胁，所以，必须对励磁涌流加以控制，使励磁涌流能够消失。整体看来励磁涌流的控制方法有下面几个：

(1)串联电阻，控制直流分量，同时促进励磁涌流的衰减。

这一方法的思想相对简单，也相对容易运转、执行。然而，这种方法往往会使系统结构发生变化，与变压器有关的一些保护以及其他自动化设备就要进行新一轮的调整，同时，串联在电路中的电阻也会承担更高的电压以及温度。

(2)控制变压器的运行工作点，这样就能够控制直流磁通所带来的不良危害。这种情况下不必对系统结构进行变化，而这种方法的缺点在于效果不佳，难以科学地使用变压器容量。

在此处选择反极性补偿策略，直接针对磁通内部的直流分量。可以在瞬时间提高变压器接地中性点电压，由此去抵消变压器的励磁涌流。科学解析研究变压器中所通过电波的频谱，获得励磁涌流的数量规模，通过这种方法来调节补偿电源。使用具体的补偿方法后所获得的电流波形与变压器磁通如图2、图3所示：多路测量器被使用去检测、衡量变压器，其中包括其一次侧电压量、电流量，也包括其磁通量大小。将其用在实际的运转工作中，磁通量很难被立刻测出，通过积分来得到一个相对精准的铁心磁通量，进而探究出励磁涌流量。

电源电压最初的相位为零，在0. 04秒时闭合电源，仔细检查、观测0. 3秒时间内的电流以及磁通涌流量。这时候变压器就会处于高度饱和状态，对应就会有很多励磁涌流呈现出来，要想有效控制这些涌流，有效的方法就是链接一个能够被控制的比较规范的电压源，将其接在变压器中性点，这一电压源的极性同励磁涌流拥有不同的方向，对电流值内部的直流分量含量以比例的形式进行调控。这样就能够在非常短的时间范围内提高变压器接地一侧的电位，把励磁涌流控制到尚未饱和的状态，这时候励磁涌流也就不会对变压器造成威胁，电流中的直流分量也就会逐渐减少，直到消失。被控制的电压源也不会出现补偿电压，变压器就不会受到过多的励磁涌流的干扰。

(3)选相位关合法

结合影响变压器励磁涌流的多个因素进行分析能够推测出:开关闭合时的初相角会带来很大影响，可以从三相合闸的时间入手进行调控，也就是通过控制其初相角来减少励磁涌流，这不免为非常具有积极作用的策略，具的合闸方法有以下几种：

第一，快速合闸法

这种方法就是当一相相位角达到九十度时先把开关闭合，其他的两相相位当达到25%以后再合闸。如果三相绕组内没有任何余磁，A相处于最佳时期，也就是说当相位角达到九十度时可以先闭合闸门，这样就能够确保A变压器内部出现最少量的励磁涌流，则B，C相内部能够出现很大的感应磁通。这时候，BC这两相开关则相位当达到25%以后再闭合，由此可以确保BC中的励磁涌流被科学合理控制，以此减少了励磁涌流的出现，这种方法适合用在当三相中余磁为0时，或者当三相各自调控合闸的状况。

第二，推迟合闸法

这种方法是凭借铁芯磁通平衡方法，在单相闭合开关，凭借这一过程中所出现的非周期分量来抵制余下的磁涌流。2100433B

变压器励磁涌流的产生机理是基于电感线圈遵循磁链守恒定律，即与电感线圈交链的磁通不能突变。由于磁通在相位上滞后电压90度，因此在变压器内部无剩余磁通时，选择在电压峰值，磁通为零时合闸将有效避免涌流的产生；而在变压器内部有剩余磁通时，若能得知剩磁的极性和数值，那么在预期的磁通等于剩余磁通的瞬间合闸，也将有效抑制涌流的产生，因而在必须考虑变压器内部有剩磁的情况下，抑制涌流的最佳策略就是用涌流抑制器同时对分闸合闸进行控制。

有图为三相电源合闸角等于分闸角时三相Φs、Φr、Φp的时序图，它明晰地描述了通过三相联动断路器实现三相励磁涌流的抑制原理。显然，合闸后Φs、Φr、Φp三者合成不会导致磁路饱和。

由于抑制励磁涌流只要感应磁通和剩磁极性相反即可，并不要求完全抵消，因而当合闸角相对前次分闸角有较大偏差时，只要感应磁通不与剩磁出现相加，磁路一般就不会饱和，这就大大降低了对断路器操作机构动作时间的精度要求，为这一技术的实用化奠定了基础。有时磁路的剩磁可能很小，甚至接近于零，这样就不可能出现磁路饱和，因仅仅只有偏磁作用不足以导致磁路饱和，它的最大值只为Φm，而Φsat肯定大于Φm。根据分闸角α’选择合适的合闸角α，使合闸瞬间的偏磁Φp与原来磁路中的剩磁Φr极性相反，并不是寄希望这两个磁通相抵消使磁路不致饱和。而是当Φp与Φr极性相反时，紧接着稳态磁通Φs的加入必将使合成磁通不越出饱和磁通值，从而实现对励磁涌流的抑制。

引发变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运频频失败；

变压器出线短路故障切除时所产生的电压突增，诱发变压器产生涌流导致保护误动，使变压器各侧负荷全部停电；

A电站一台变压器空载接入电源产生的原始励磁涌流，诱发电网内邻近其他B电站、C电站等正在运行的变压器产生“和应涌流”(sympathetic inrush)而误跳闸，造成大面积停电；

数值很大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电动力过大受损；

诱发操作过电压，损坏电气设备；

励磁涌流中的直流分量导致电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率；

励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染。

造成电网电压骤升或骤降，影响其他电气设备正常工作。

电力系统中的涌流是一种持续时间很短的电流，由于涌流值需要与稳定电流相比较才有意义，因此通常不用涌流的电流值来描述涌流，而是用倍数来描述涌流，所谓涌流倍数就是涌流与稳定电流的比值。由于涌流是一种持续时间很短的电流，因此没有有效值的概念，只有瞬时值的概念，因此准确地讲，涌流倍数就是涌流峰值与稳定电流峰值的比值。可以用涌流检测仪来检测涌流的数值。2100433B