励磁涌流抑制方法

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变压器励磁涌流抑制方法及措施探讨

变压器励磁涌流抑制方法及措施探讨

变压器励磁涌流抑制方法及措施探讨摘要:在智能化变电站中,随着电力系统对于设备的智能化水平及可靠性要求越来越高,控制变压器励磁涌流的方法也越来越多,文章对目前较为新型的变压器励磁涌流方法进行对比分析,并对其在智能化变电站中的应用提出相应建议,为广大设计工作者提供参考。

关键词:变压器;励磁涌流;抑制方法1 变压器励磁涌流的形成原理励磁涌流是变压器的核心部件,铁心处于饱和状态时引发和引起的一种现象。

在变压器铁心处于不饱和状态时,铁心磁化曲线的斜率很大,这时候励磁电流接近零值。

但是一旦变压器铁心出现饱和状态,磁化曲线斜率变小,电流就会随着磁通呈现线性增长的状态,进而最终演变为励磁涌流的现象。

在变电站设计规范中,目前的常用变电站饱和磁通一般设定为1.15~1.4之间,而电力变压器的运行电压不超过额定电压的10%。

因此在变电站正常使用过程中,电力变压器一直处于稳定运行状态,变压器的磁通数值都不会超过设计的饱和磁通的数值,而变压器的核心部件铁心也不会达到饱和状态,也就不会引发励磁涌流的现象。

例如,最严重的是电压过零时进行合闸操作,假若此时铁心的剩磁,非周期磁通为经过半个周期后,磁通将远大于饱和磁通,则会形成变压器严重饱和的状态,才会导致出现励磁涌流的现象。

2 变压器励磁涌流的破坏性分析以及抑制原理抑制电力变压器励磁涌流的原理与电容器的充电涌流抑制原理是相似的。

首先是电流属于储能元件,变压器不容许电流突变,而电容器则不容许电压突变,因此在两者进行空投电源时都将诱发一个暂态的过程。

变压器空载接入电源的时候,或者变压器出线发生故障被继电保护装置切除时,由于变压器某侧绕组感受到外施电压的骤增,进而会产生数值极大的励磁涌流。

这种由暂态过度到常态所诱发的励磁涌流,不仅峰值大,还含有极多的谐波及直流分量,会对电网运行及电气设备造成破坏性的影响。

因此为了保障发电站、变电站以及输变电线路运行的正常,需要对变压器励磁涌流采取相应的抑制及保护措施。

220kV变压器励磁涌流及抑制措施分析

220kV变压器励磁涌流及抑制措施分析

220kV变压器励磁涌流及抑制措施分析励磁涌流是变压器合闸电源时的一种暂态状况,所有三个相以及接地中性点都有可能出现涌流。

对变压器差动保护来讲,励磁涌流可视为一种差动电流。

暂态涌流并不属于故障条件,保护仍需制动,这是变压器差动保护设计时需考虑的重要因素。

随着电力变压器制造中新型硅钢性能的改进以及采用速度很快的差动继电器,励磁涌流现象变得更为突出。

一、励磁涌流的产生原因及其影响变压器铁芯的非线性饱和特性会导致其空载合闸时产生励磁涌流。

涌流的波形、大小和持续时间取决于许多特性因素,如变压器容量、绕组接法、合闸时电压的相位角、合闸绕组所在部位、铁芯的剩磁及磁化特性等。

励磁涌流仅流进变压器一侧的保护区(即实际电源侧),由于在差动保护看起来为真实的差动电流而使继电器动作。

励磁涌流主要分为:合闸涌流、合应涌流和恢复涌流。

其中,合闸涌流的本质是合闸的时候,变压器磁通不能突变。

由于合闸角、主变剩磁等原因,会导致主变磁通饱和,产生很大的励磁电流。

变压器纵差(分相差动)保护用来保护主变三侧,但是励磁涌流始终是纵差(分相差动)保护无法完全解决的问题,其原因在于用电量保护来保护磁联系的元件,必然存在缺陷。

变压器在正常运行时,励磁电流的值最大仅为额定电流的2%~5%。

而在发生外部故障时,电压降低,励磁电流也将随之减小。

因此变压器正常运行或发生外部故障时,都不会出现励磁涌流。

但当变压器空载投入或将外部故障切除后变压器重新投入运行时,由于电压的突然变化,磁场急剧增大,导致变压器内部的铁心饱和。

饱和磁通的大小取决于铁心材料的磁导率、磁路长度及截面等因素,铁心磁通饱和导致励磁电感减小,励磁电流激增为励磁涌流。

设变压器的高压侧电压为U,Um为变压器正常运行时的电压最大值。

变压器稳态运行情况下设绕组端电压为忽略变压器漏抗和绕组电阻,则用标幺值表示的电压U与磁通Φ之间的关系为式中:N为变压器匝数;Φ为铁心磁通。

设N =1,当变压器空载合闸时,由电压U与磁通Φ之间的微分方程求解可得式中:θ为变压器投入时刻的初相角;ω为角速度;C为积分常数;Φm是变压器稳态工作时的磁通幅值。

变压器励磁涌流的分析及抑制方法探讨

变压器励磁涌流的分析及抑制方法探讨

变压器励磁涌流的分析及抑制方法探讨摘要:变压器励磁涌流一定程度上影响电力系统的安全运行及电力设备的正常工作。

如不对变压器励磁涌流进行必要的控制,可引发电网电压异变、谐波污染、保护误动等情况。

本文对变压器励磁涌流进行了简要分析,并总结探讨了抑制此现象的具体方法。

关键词:变压器;励磁涌流;抑制方法前言:电力系统是由发电机、变压器、输电线路和用户组成的生产、输送、分配和消耗电能的统-整体。

变压器是电力系统中重要的设备,它的安全性和稳定性对整个电力系统的运行十分重要。

变压器正常运行时,变压器的励磁电流很小,通常只有其额定电流的3%~8%,大型变压器甚至不到1%。

但当变压器空载投人电网时由于变压器铁心磁通的饱和以及铁心材料的非线性特征,会产生很大的励磁涌流,可能对电网的安全稳定运行造成危害。

因此,分析变压器空载合闸对电力系统具有重要意义。

1变压器励磁涌流1.1变压器励磁涌流概述变压器励磁涌流是一种谐波,在合闸给变压器充电时,电流表的摆针会波动很大,而后马上会恢复到正常的电流值,电流表的波动证明存在一定的电流产生的冲击所造成的,这个冲击电流被定义为励磁涌流。

变压器励磁涌流的产生由于时间比较短,对变压器本身并不能造成危险,但如果合闸充电次数的增多,由于大电流对线圈绕组的多次冲击,容易使对绕组间产生机械力的作用,固定在变压器上面的其它保护电元件就会产生松动,一旦产生误动作,就造成变压器的损毁和操作人员的伤害,因此对变压器励磁涌流必须进行抑制。

1.2变压器励磁涌流的特点在涌流中存在很大数量的高次谐波,主要是二次和三次谐波,所以在电流曲线上励磁涌流体现出来的是凸型波形。

变压器的励磁涌流的大小与变压器内的铁芯饱和度有着直接的关系,铁芯的饱和度越大,励磁涌流维持的时间就越短,具体表现为:合闸时,励磁涌流很大,但马上又恢复正常,但铁芯的饱和度不可能达到100%,因此变压器都会出现励磁涌流,只是产生的大小不同。

同时变压器越大,电磁涌流就越大。

变压器励磁涌流产生机理及抑制措施

变压器励磁涌流产生机理及抑制措施

变压器励磁涌流产生机理及抑制措施变压器是电力系统中不可或缺的电气设备,用于提高或降低交流电压。

然而,在变压器的日常运行中,会产生一种特殊的电流——励磁涌流。

励磁涌流的产生原因、影响及抑制措施,一直是电气领域研究的焦点问题之一。

一、变压器励磁涌流的产生机理变压器励磁涌流是由于变压器在没有负载的情况下,一侧电源给定电压后,产生的瞬时电流波动引起的。

其产生的原因主要有两个方面。

1. 变压器自身磁化特性变压器是由铁芯、线圈等部件组成的,当交流电源施加在一侧线圈上时,铁芯上会产生一个磁通量,使得另一侧线圈中也会产生一定的电势。

在低频条件下,变压器的铁芯上的磁场在每个电源周期内都会发生磁化与去磁化过程,即由于铁芯饱和,磁通量无法瞬间变化,从而在每个周期内形成一个磁滞回线。

当电源供给的电压陡然由0V变化到正常值时,铁芯中的磁场并不会即刻达到稳态,从而导致瞬间电流的波动,造成产生励磁涌流。

2. 电源特性影响电源的内阻、电源的输出电压质量均会影响励磁涌流的产生。

电源内阻较大时,输出电压下降幅度较大,对于变压器来说,电流的波动幅度会更大。

同时,电源产生电压的质量也会影响励磁涌流,例如,电源输出电压存在10%、20%的谐波成分时,变压器励磁涌流的幅值会更大。

二、励磁涌流的影响变压器励磁涌流产生后,将会对变压器和电力系统的安全及稳定性产生影响。

1. 变压器内部温度升高励磁涌流的产生将会引起变压器内部电阻损耗增加,从而导致变压器温度升高。

严重情况下,会导致变压器绝缘材料老化、泄漏及烧毁等事故发生。

2. 电力系统不稳定励磁涌流的存在会造成系统电压波动,电力系统的稳定性得不到保障,从而会降低其工作效率,甚至带来负面的经济损失。

三、励磁涌流的抑制措施为了避免励磁涌流带来的安全隐患及电力系统的不稳定性,有一些抑制措施可以采取。

1. 增加阻抗变压器防励磁涌流的一种常用方法是在变压器的一侧或两侧增加阻抗,这样可以限制励磁涌流的幅值并且控制其衰减时间。

变压器励磁涌流的抑制技术分析

变压器励磁涌流的抑制技术分析

变压器励磁涌流的抑制技术分析【摘要】变压器的励磁涌流问题已经成为电力系统运行所面临的一大难题,过大的励磁电流会损害变压器,同时也会影响电力系统的正常运转,影响供电质量,也很有可能会对电力系统内部反应较为敏捷的电子器械带来破坏,本文分析了变压器励磁涌流的特征,然后探究了励磁涌流的抑制技术。

【关键词】变压器;励磁涌流;抑制技术变压器在电力系统中居于主要地位,是必不可少的设备,其运行的稳定程度直接关系到电力系统安全。

当变压器稳定工作时,其励磁电流小,不会出现问题。

然而,如果变压器空载装入电网时,则会因为其铁心的性能与特征等带来大规模的励磁涌流,产生大量的冲击电流,难免会对电力等系统造成极大的损害,导致电力供应服务能力下降,同时也会为变压器本身带来不利影响,甚至会损坏或破坏变压器,降低绝缘性能等等,要想解决这一问题就要加大研究力度,通过采用抑制技术来减少励磁涌流对变压器的破坏和影响,只有这样才能确保变压器功能与作用的正常发挥。

维护电力系统的正常运转为了减少这些问题的出现,就要积极采用抑制技术,控制励磁涌流的规模,维护变压器的安全平稳工作。

一、变压器励磁涌流的特点探究目前,最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。

图1 励磁涌流与短路故障状态区分二、变压器励磁涌流抑制技术的基本原理和方法1.励磁涌流的判断方法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ΔP是差瞬间有功功率,也是变压器所耗费的功率。

而ΔP0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。

变压器励磁涌流抑制原理及现场应用优化

变压器励磁涌流抑制原理及现场应用优化

变压器励磁涌流抑制原理及现场应用优化引言:变压器是电力系统中重要的电能传输设备,其负责将高压电能转换为低压电能,并通过电能传输网络将电力供应到终端用户。

然而,在变压器投入运行时,励磁涌流可能会导致设备的电流波动和损耗,甚至造成电网的不稳定。

因此,为了保证系统的稳定运行,需要合理地抑制变压器励磁涌流并优化其现场应用。

一、励磁涌流抑制原理1.1励磁涌流的产生励磁涌流通常是由于变压器的磁路突然产生磁通时引起的。

在变压器的磁路中,磁通的变化速度往往比较快,导致励磁电流呈现出一个瞬时的增大过程,即励磁涌流。

1.2励磁涌流的影响励磁涌流对变压器和电网产生了不利影响,主要表现为:(1)变压器附加损耗:励磁涌流会导致变压器的额定电流上升,从而导致额外的电阻损耗。

(2)变压器振荡:励磁涌流在变压器铁芯和线圈之间产生电磁力,会引起变压器的震荡。

(3)电网不稳定:当变压器接入电网时,励磁涌流会产生电网的瞬时波动,影响电网的稳定性。

1.3励磁涌流抑制原理为了抑制励磁涌流,可以采用以下方法:(1)在变压器的电源供电系统中增加限流电抗器。

通过限制电源的短路能力,减少励磁涌流的电流峰值。

(2)使用励磁变压器。

励磁变压器是由辅励变压器和电抗器组成,通过控制辅助变压器的绕组电压来控制励磁涌流。

(3)通过安装软起动装置来逐步增加变压器的励磁电流,避免励磁涌流的冲击。

2.1选择适当的变压器为了减少励磁涌流对电网的影响,可以选择具有低励磁电流的变压器。

通常情况下,具有较低额定电压的变压器具有较低的励磁电流。

2.2控制变压器的励磁电流为了减少励磁涌流的影响,可以通过控制变压器的励磁电流来实现。

通过调节励磁变压器的绕组电压,可以减小励磁涌流的电流峰值,从而减少对电网的影响。

2.3优化励磁变压器的参数为了确保励磁变压器的效果,可以优化其参数。

包括选择合适的励磁变压器容量、安装位置和接线方式等。

同时,还需要合理地进行维护和检修,确保其正常运行。

变压器的励磁涌流及抑制方法

变压器的励磁涌流及抑制方法

变压器的励磁涌流及抑制方法摘要:变压器励磁涌流是一个相当复杂的问题,有必要分别对各种形式涌流的暂态过程和波形特征加以分析,并采取不同措施来应对其对系统的影响。

本文中笔者只是对变压器励磁涌流进行了一点初步的研究,分别从励磁涌流的产生、危害以及抑制方法方面进行了简要陈述和分析,有关变压器励磁涌流的深入分析还有待于进一步地研究。

关键词:变压器;励磁涌流;抑制方法引言当主变空载投入电网或外部故障切除后电压恢复时,断路器分合操作的瞬间,系统电压的相角通常都是随机的且不确定的,由于变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料的非线性特征,会产生很大的励磁涌流。

由励磁涌流引起的电压突降、操作过电压以及保护误动等故障,对发电厂或电网电气主设备如发电机、变压器和高压开关的危害都是非常大的。

多年来继电保护设备或电力控制设备通过区分励磁涌流与故障电流的特征差异来识别励磁涌流,但励磁涌流的形式变化多样,识别的准确率不高,甚至以延长保护动作时间、降低保护灵敏度及牺牲可靠性为代价。

微机型励磁涌流抑制器在识别的基础上,采取抑制措施,主要用于抑制电力变压器及电力电容器空投时的涌流。

1励磁涌流的产生及特点1.1励磁涌流的产生变压器投入后,绕组在磁路中的变压器会出现偏磁现象,这种现象属于单极性的。

对该磁通的极性和投入前变压器的剩磁极性进行相比较,相同时,会出现稳态磁与剩磁以及偏磁叠加而造成磁路饱和的现象,使励磁电抗绕组在地变压器上时,会有很大的励磁涌流产生。

1.2励磁涌流的特点高次谐波分量会大量地存在于励磁涌流中,其中主要的电流是二次谐波分量,尖顶波是变化的曲线。

在三相变压器中存在着不同大小的二次谐波,但是较大的二次谐波至少存在一相。

励磁涌流波形明显偏于时间轴一侧,含有很大的非周期分量电流,励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关,饱和越深,电抗越小,衰减越快。

中小变压器涌流倍数大,衰减较快(可达10Ie,衰减时间0.5~1s),大型变压器涌流倍数较小,衰减慢(4~6Ie,2~3s,甚至1min)。

如何预防三相变压器产生励磁涌流现象

如何预防三相变压器产生励磁涌流现象

如何预防三相变压器产生励磁涌流现象?
如何预防三相变压器产生励磁涌流现象?建议采取以下四种解决措施:
一、内部结构优化
选择合适的铁芯等材料改进变压器内部结构,降低剩磁量,降低励磁涌流的产生概率。

二、加装保护装置
选择合适的断路器、电流互感器、避雷器等保护装置,可以有效减少励磁涌流的幅值,避免断口电弧重燃。

三、电容器并联变压器
将电容器并联到变压器低压侧,通过阻止绕组内磁通接近饱和值来抑制励磁涌流。

四、使用差动保护
采用带有速饱和变流器的差动继电器构成差动保护,利用二次谐波制动原理构成的差动保护,利用间断角原理构成的差动保护,以及采用模糊识别闭锁原理构成的差动保护,减少励磁涌流对变压器纵差保护的影响。

除此以外,为减少变压器励磁涌流的发生,还应注意以下三点:
1、在进行变压器合闸操作时,应尽量避免在电压波形的峰值处合闸,以减少励磁涌流的产生;
2、定期检查和维护变压器及相关电气设备,确保其处于良好的工作状态,减少励磁涌流的潜在危害;
3、设计电力系统时,充分考虑变压器的励磁涌流特性,选择合适的保护装置和控制策略,以确保系统的稳定运行;
三相变压器作为电力系统中不可或缺的一部分,合理的设计对电网的安全和稳定至关重要。

所以,找到励磁涌流产生的原因,选择合适的解决措施,一定能有效抑制三相变压器励磁涌流,确保电力系统的安全稳定运行。

时间有限,今天就到这里。

想要了解更多变压器励磁涌流知识与治理方法,欢迎留言。

希望能够带给大家帮助,期待我们下期再见!。

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摘要] 变压器励磁涌流不仅导致继电保护误动,由其衍生的电网电压骤降、谐波污染、和应涌流、铁磁谐振过电压等都给电力系统运行带来不可低估的负面影响。

数十年来人们通过识别励磁涌流特征的方法来减少继电保护的误动率,但并未获得良好的回报,误动率仍居高不下。

至于对电压骤降、谐波污染、和应涌流等的消除更一筹莫展。

究其原因是人们认为励磁涌流的出现不可抗拒,只能采用“识别”的对策,即“躲”的对策。

其实,换个思路——“抑制”,是完全可以实现的,而且已经实现了。

[关键词]励磁涌流磁路饱和涌流抑制器0、引言变压器励磁涌流与电容器的充电涌流抑制原理完全相似,电感及电容都是储能元件,前者不容许电流突变,后者不容许电压突变,空投电源时都将诱发一个暂态过程。

在电力变压器空载接入电源时及变压器出线发生故障被继电保护装置切除时,因变压器某侧绕组感受到外施电压的骤增而产生有时数值极大的励磁涌流。

励磁涌流不仅峰值大,且含有极多的谐波及直流分量。

由此对电网及电器设备造成极为不利的影响。

1、励磁涌流的危害性1.1 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;1.2 变压器出线短路故障切除时所产生的电压突增,诱发变压器保护误动,使变压器各侧负荷全部停电;1.3 A电站一台变压器空载接入电源产生的励磁涌流,诱发邻近其他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;1.4 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;1.5 诱发操作过电压,损坏电气设备;1.6 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;1.7 励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染。

1.8 造成电网电压骤升或骤降,影响其他电气设备正常工作。

数十年来人们对励磁涌流采取的对策是“躲”,但由于励磁涌流形态及特征的多样性,通过数学或物理方法对其特征识别的准确性难以提高,以致在这一领域里励磁涌流已成为历史性难题。

2、励磁涌流的成因抑制器的重要特点是对励磁涌流采取的策略不是“躲避”,而是“抑制”。

理论及实践证明励磁涌流是可以抑制乃至消灭的,因产生励磁涌流的根源是在变压器任一侧绕组感受到外施电压骤增时,基于磁链守恒定理,该绕组在磁路中将产生单极性的偏磁,如偏磁极性恰好和变压器原来的剩磁极性相同时,就可能因偏磁与剩磁和稳态磁通叠加而导致磁路饱和,从而大幅度降低变压器绕组的励磁电抗,进而诱发数值可观的励磁涌流。

由于偏磁的极性及数值是可以通过选择外施电压合闸相位角进行控制的,因此,如果能掌握变压器上次断电时磁路中的剩磁极性,就完全可以通过控制变压器空投时的电源电压相位角,实现让偏磁与剩磁极性相反,从而消除产生励磁涌流的土壤——磁路饱和,实现对励磁涌流的抑制。

长期以来,人们认为无法测量变压器的剩磁极性及数值,因而不得不放弃利用偏磁抵消剩磁的想法。

从而在应对励磁涌流的策略上出现了两条并不畅通的道路,一条路是通过控制变压器空投电源时的电压合闸相位角,使其不产生偏磁,从而避免空投电源时磁路出现饱和。

另一条路是利用物理的或数学的方法针对励磁涌流的特征进行识别,以期在变压器空投电源时闭锁继电保护装置,即前述“躲避”的策略。

这两条路都有其致命的问题,捕捉不产生偏磁的电源电压合闸角只有两个,即正弦电压的两个峰值点(90°或270°),如果偏离了这两点,偏磁就会出现,这就要求控制合闸环节的所有机构(包括断路器)要有精确、稳定的动作时间,因为如动作时间漂移1毫秒,合闸相位角就将产生18°的误差。

此外,由于三相电压的峰值并不是同时到来,而是相互相差120°,为了完全消除三相励磁涌流,必须断路器三相分时分相合闸才能实现,而当前的电力操作规程禁止这种会导致非全相运行的分时分相操作,何况有些断路器在结构上根本无法分相操作。

用物理和数学方法识别励磁涌流的难度相当大,因为励磁涌流的特征和很多因素有关,例如合闸相位角、变压器的电磁参数等。

大量学者和工程技术人员通过几十年的不懈努力仍不能找到有效的方法,因其具有很高的难度,也就是说“躲避”的策略困难重重,这一策略的另一致命弱点是容忍励磁涌流出现,它对电网的污染及电器设备的破坏性依旧存在。

图2-1为一单相变压器结构图,可写出空载时初级绕组的电压方程式中N1、R1分别为初级绕组的匝数及电阻(2.1)可改写为式中α为t=0时U1的初相角如忽略电阻R1,即设R1=0,则得求解(2.3)式微分方程得磁通Φ的表达式为依据磁链守恒定理,合闸瞬间磁路中磁链不能突变,即可求出积分常数C。

式中可写出磁通Φ表达式式中为总磁通的幅值从式(2.6)中不难看出变压器外施电压u1在不同初相角α合闸时所产生的磁通Φ都不相同,将式(2.6)改写为式(2.7)中为暂态磁通,即偏磁,在合闸瞬间Φp的值与α有关,在90°或270°空投时Φp=0,在0°或180°空投时Φp可达峰值Φm。

式(2.7)中为稳态磁通,为一周期函数。

图2-2为空投合闸角α=0时的磁通变化曲线,图中Φs为稳态磁通,Φ为Φs和Φp合成的总磁通(未计及剩磁Φres),Φsat为变压器饱和磁通。

对于无损变压器(R1=0)偏磁Φp不会衰减,如实线所示,对于有损变压器(R1>0)Φp按时间常数衰减,如虚线所示。

从图2-2中可看出在电压相位角在θ1至θ2区间总磁通Φ大于饱和磁通Φsat,磁路饱和,因而产生励磁涌流iy,iy具有间断性。

对于无损变压器Φ和iy是关于的偶对称波形,而在iy=0的间断角区间Φ则是关于的偶对称波形。

对于有损变压器则Φ与iy将不再有对称关系。

当计及剩磁时,总磁通将由剩磁、偏磁(暂态磁通)及稳态磁通三者组成。

不难看出在图2-2偏磁的情况下,如剩磁为正,则总磁通曲线向上平移,即磁路更易饱和,励磁涌流幅值会更大。

如剩磁为负,则励磁涌流将被抑制。

图2-3是铁磁材料的磁滞回线,它描述在磁路的励磁线圈上施加交流电压时,磁势H也相应的从-Hc到Hc 之间变化,由H产生的磁通Φ(或磁通密度B=Φ/S)将在磁滞回线上作相应的变化。

如果H在回线上的某点突然减到零,则B将随即落到对应B轴的某点上,该点所对应的B值即为剩磁Br。

可以看出剩磁的数值和极性与切除励磁电压的相位角有关,如果在第Ⅰ、Ⅱ象限切断励磁电源(即H=0)则剩磁为正或零,在Ⅲ、Ⅳ象限切断励磁电源,则剩磁为负。

3、励磁涌流的抑制方法变压器在正常带电工作时,磁路中的主磁通波形与外施电源电压的波形基本相同,即是正弦波。

磁路中的磁通滞后电源电压90°,通过监测电源电压波形实现对磁通波形的监测,进而获取在电源电压断电时剩磁的极性。

变压器空投上电时产生的偏磁Φp也一样,因偏磁,电源电压上电时的初相角α在Ⅰ、Ⅳ象限区间内产生的偏磁极性为正,而初相角α在Ⅱ、Ⅲ象限区间内产生的偏磁极性为负。

显然,剩磁极性可知,偏磁极性可控,只要空投电源时使偏磁与剩磁极性相反,涌流即被抑制。

图3-3为变压器初级电压u、主磁通Φ、剩磁ΦRes及偏磁Φp与分闸角和合闸角的关系曲线图,以及电源电压u分闸初相角α’与剩磁ΦRes的关系曲线。

变压器处于稳态时主磁通Φ 滞后电源电压u 90°,如图3-3中曲线①及曲线②所示。

变压器空载上电时所产生的偏磁一定与稳态时对应上电时电压u曲线上电点的稳态磁通大小相等,极性相反,如图3-3中的曲线③对应M点或N 点的Φp1和Φp2。

其最大值可达稳态磁通Φ的峰值Φm,而剩磁ΦRes幅值与磁路材料的特性有关。

不难看出对应同一个合闸初相角α或分闸初相角α’所产生的偏磁和剩磁的极图3-3 变压器初级电压u、主磁通Φ、剩磁ΦRes及偏磁Φp与分闸角和合闸角的关系曲线图性正好相反,也就是说通过分闸时测量电源电压分闸角α’,并将α’保存下来,在下次空投变压器时选择在合闸角α等于α’时加上电源,偏磁就可与剩磁反向,它们的合成磁通将小于饱和磁通Φsat(曲线④),(因饱和磁通一般选择大于稳态磁通峰值),磁路不会饱和,从而实现对励磁涌流的抑制。

由于三相电源电压在断路器三相联动切除时所得到的三相分闸相角各相差120°,剩磁极性也是三相各相差120°,而在三相联动合闸时三相的合闸初相角也是相差120°,三相偏磁极性也各相差120°,这样就自然实现了变压器三相磁路中的偏磁和剩磁都是抵消的,从而避免了一定要断路器分相分时操作才能抑制励磁涌流的苛求,也就是说三相联动断路器支持对三相涌流的抑制。

由于抑制励磁涌流只要偏磁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,只要偏磁不与剩磁相加,磁路就不会饱和,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。

将这种抑制器与快切装置和备自投装置联动即可实现备用变压器按冷备用方式运行,这将大大节约变压器热备用方式的空载能耗。

图3-4选录了四条励磁涌流Iy与分闸角α’和合闸角α的关系曲线,可以看到,在合闸角α为90°或270°时,空投变压器的励磁涌流与变压器的前次分闸角无关,原因是在变压器初级电压过峰值时上电不产生偏磁,不论变压器原来是否有剩磁都不会使磁路饱和。

当然,如果使用三相联动断路器是不可能做到三相的偏磁都为零。

而当合闸角α为0°或180°时则空投变压器的励磁涌流与前次分闸角α’密切相关,当α与α’相近(大约相差±60°)时励磁涌流被抑制,此后α与α’偏离越大,励磁涌流也越大。

由此可以看到如断路器的合闸时间漂移在±3ms时对涌流的抑制基本无影响。

当今的真空断路器和SF6断路器的分、合闸时间漂移都在1ms之内,完全可以精确实现对励磁涌流的抑制。

应该指出,变压器断电后留在三相磁路中的剩磁在正常情况下是不会衰减消失的,更不会改变极性。

只有在变压器铁心受到高于材料居里点的高温作用后剩磁才会衰减或消失,但一般的电站现场不会出现这种情况。

退一步讲,剩磁消失是件好事,只要没有剩磁,仅靠偏磁是不会引起磁路饱和的。

4、电容器充电涌流的抑制对电力电容器空投的充电涌流抑制同样不需要追求在电压过零时上电,而是选择合闸角与电容器前次的分闸角相近时上电,即用与原剩余电压极性相同、数值相近的充电电压加到电容器断电时残留的剩余电压上,从而不产生充电涌流。

按此原理电力电容器在断电后不需经放电设备放电,而是实现即切即投。

图4-1是对应同一分闸角α’=180°与不同合闸角α对应的充电涌流变化曲线,可以看出在α=180°附近合闸,充电涌流均被大幅度抑制。

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