涌流抑制技術(shù)勵磁涌流的危害

在影響變壓器差動保護(hù)出線不平衡電流的眾多因素當(dāng)中，以變壓器空載合閘或外部故障切除所產(chǎn)生的勵磁涌流最為嚴(yán)重。其表現(xiàn)主要體現(xiàn)在兩個方面，一方面是勵磁涌流只存在于變壓器的電源側(cè)，而負(fù)載側(cè)由于開路沒有電流流過，另一方面是勵磁涌流的大小可以達(dá)到變壓器額定電流的幾倍甚至是幾十倍。如果不能正確識別或者抑制勵磁涌流，其流入差動保護(hù)回路后就將會造成差動保護(hù)誤動。除了產(chǎn)生誤動對變壓器差動保護(hù)造成不利影響以外，勵磁涌流還有可能對差動保護(hù)造成拒動或延緩動作的情況。比如，當(dāng)變壓器發(fā)生匝間短路，或者高壓側(cè)經(jīng)高阻接地的單相短路，雖然這兩種情況也屬于變壓器內(nèi)部短路故障，但是由于流入變壓器差動保護(hù)回路中的不平衡電流較小，差動保護(hù)將會產(chǎn)生拒動或者延遲動作。

經(jīng)常使用的勵磁涌流判斷方法大部分都是參照所獲得的變壓器勵磁涌流內(nèi)部的特點等去規(guī)劃和判斷勵磁涌流以及短路電流。如圖1所示，這一方法的錯誤判斷比率相對較大，在對勵磁涌流進(jìn)行處理、協(xié)調(diào)過程中通常也是短暫性地關(guān)閉保護(hù)設(shè)施，預(yù)防其保護(hù)設(shè)備出現(xiàn)誤動的情況?；谝陨戏治隹梢钥闯霰仨毑扇∮行Х椒▉頊p少勵磁涌流的出現(xiàn)。

根據(jù)上面的細(xì)致全面探究，可以把功率耗費思想同變壓器磁通的分析二者聯(lián)系起來，拿出一個全新的勵磁涌流判斷策略，也就是電力系統(tǒng)與磁通二者的直流分量進(jìn)行比較、分析，設(shè)△P是差瞬間有功功率，也是變壓器所耗費的功率。而△Po則代表其直流分量。這其中展現(xiàn)了變壓器所損耗的有效值，在兩者相互對比之下形成一類全新的、科學(xué)的勵磁涌流判斷方法。

當(dāng)變壓器處于常規(guī)工作狀態(tài)時，差瞬時有功功率的直流分量小，變壓器磁通量處于短缺狀態(tài)，勵磁涌流內(nèi)部也沒有很大的直流分量。變壓器一旦出現(xiàn)勵磁涌流，其磁通則更為飽滿，其中會出現(xiàn)大量電流，并失去了平衡，此時與常規(guī)情況相比，變壓器耗費了更多的有功功率，然而磁通內(nèi)部的直流分量卻很多。變壓器內(nèi)部一旦出現(xiàn)帶有故障問題的電流，勵磁系統(tǒng)的壓降會受到控制，那么勵磁不會產(chǎn)生很大的電流，磁通無法走向飽滿狀態(tài)。

經(jīng)過專業(yè)人士的研究探索，現(xiàn)已將變壓器上裝上封閉保護(hù)裝置，來預(yù)防其運行失誤，減少不利情況出現(xiàn)，然而其中的勵磁涌流是一大問題，會形成對變壓器的極大威脅，所以，必須對勵磁涌流加以控制，使勵磁涌流能夠消失。整體看來勵磁涌流的控制方法有下面幾個：

(1)串聯(lián)電阻，控制直流分量，同時促進(jìn)勵磁涌流的衰減。

這一方法的思想相對簡單，也相對容易運轉(zhuǎn)、執(zhí)行。然而，這種方法往往會使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，與變壓器有關(guān)的一些保護(hù)以及其他自動化設(shè)備就要進(jìn)行新一輪的調(diào)整，同時，串聯(lián)在電路中的電阻也會承擔(dān)更高的電壓以及溫度。

(2)控制變壓器的運行工作點，這樣就能夠控制直流磁通所帶來的不良危害。這種情況下不必對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行變化，而這種方法的缺點在于效果不佳，難以科學(xué)地使用變壓器容量。

在此處選擇反極性補(bǔ)償策略，直接針對磁通內(nèi)部的直流分量?？梢栽谒矔r間提高變壓器接地中性點電壓，由此去抵消變壓器的勵磁涌流。科學(xué)解析研究變壓器中所通過電波的頻譜，獲得勵磁涌流的數(shù)量規(guī)模，通過這種方法來調(diào)節(jié)補(bǔ)償電源。使用具體的補(bǔ)償方法后所獲得的電流波形與變壓器磁通如圖2、圖3所示：多路測量器被使用去檢測、衡量變壓器，其中包括其一次側(cè)電壓量、電流量，也包括其磁通量大小。將其用在實際的運轉(zhuǎn)工作中，磁通量很難被立刻測出，通過積分來得到一個相對精準(zhǔn)的鐵心磁通量，進(jìn)而探究出勵磁涌流量。

電源電壓最初的相位為零，在0. 04秒時閉合電源，仔細(xì)檢查、觀測0. 3秒時間內(nèi)的電流以及磁通涌流量。這時候變壓器就會處于高度飽和狀態(tài)，對應(yīng)就會有很多勵磁涌流呈現(xiàn)出來，要想有效控制這些涌流，有效的方法就是鏈接一個能夠被控制的比較規(guī)范的電壓源，將其接在變壓器中性點，這一電壓源的極性同勵磁涌流擁有不同的方向，對電流值內(nèi)部的直流分量含量以比例的形式進(jìn)行調(diào)控。這樣就能夠在非常短的時間范圍內(nèi)提高變壓器接地一側(cè)的電位，把勵磁涌流控制到尚未飽和的狀態(tài)，這時候勵磁涌流也就不會對變壓器造成威脅，電流中的直流分量也就會逐漸減少，直到消失。被控制的電壓源也不會出現(xiàn)補(bǔ)償電壓，變壓器就不會受到過多的勵磁涌流的干擾。

(3)選相位關(guān)合法

結(jié)合影響變壓器勵磁涌流的多個因素進(jìn)行分析能夠推測出:開關(guān)閉合時的初相角會帶來很大影響，可以從三相合閘的時間入手進(jìn)行調(diào)控，也就是通過控制其初相角來減少勵磁涌流，這不免為非常具有積極作用的策略，具的合閘方法有以下幾種：

第一，快速合閘法

這種方法就是當(dāng)一相相位角達(dá)到九十度時先把開關(guān)閉合，其他的兩相相位當(dāng)達(dá)到25%以后再合閘。如果三相繞組內(nèi)沒有任何余磁，A相處于最佳時期，也就是說當(dāng)相位角達(dá)到九十度時可以先閉合閘門，這樣就能夠確保A變壓器內(nèi)部出現(xiàn)最少量的勵磁涌流，則B，C相內(nèi)部能夠出現(xiàn)很大的感應(yīng)磁通。這時候，BC這兩相開關(guān)則相位當(dāng)達(dá)到25%以后再閉合，由此可以確保BC中的勵磁涌流被科學(xué)合理控制，以此減少了勵磁涌流的出現(xiàn)，這種方法適合用在當(dāng)三相中余磁為0時，或者當(dāng)三相各自調(diào)控合閘的狀況。

第二，推遲合閘法

這種方法是憑借鐵芯磁通平衡方法，在單相閉合開關(guān)，憑借這一過程中所出現(xiàn)的非周期分量來抵制余下的磁涌流。2100433B

變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理是基于電感線圈遵循磁鏈?zhǔn)睾愣桑磁c電感線圈交鏈的磁通不能突變。由于磁通在相位上滯后電壓90度，因此在變壓器內(nèi)部無剩余磁通時，選擇在電壓峰值，磁通為零時合閘將有效避免涌流的產(chǎn)生；而在變壓器內(nèi)部有剩余磁通時，若能得知剩磁的極性和數(shù)值，那么在預(yù)期的磁通等于剩余磁通的瞬間合閘，也將有效抑制涌流的產(chǎn)生，因而在必須考慮變壓器內(nèi)部有剩磁的情況下，抑制涌流的最佳策略就是用涌流抑制器同時對分閘合閘進(jìn)行控制。

有圖為三相電源合閘角等于分閘角時三相Φs、Φr、Φp的時序圖，它明晰地描述了通過三相聯(lián)動斷路器實現(xiàn)三相勵磁涌流的抑制原理。顯然，合閘后Φs、Φr、Φp三者合成不會導(dǎo)致磁路飽和。

由于抑制勵磁涌流只要感應(yīng)磁通和剩磁極性相反即可，并不要求完全抵消，因而當(dāng)合閘角相對前次分閘角有較大偏差時，只要感應(yīng)磁通不與剩磁出現(xiàn)相加，磁路一般就不會飽和，這就大大降低了對斷路器操作機(jī)構(gòu)動作時間的精度要求，為這一技術(shù)的實用化奠定了基礎(chǔ)。有時磁路的剩磁可能很小，甚至接近于零，這樣就不可能出現(xiàn)磁路飽和，因僅僅只有偏磁作用不足以導(dǎo)致磁路飽和，它的最大值只為Φm，而Φsat肯定大于Φm。根據(jù)分閘角α’選擇合適的合閘角α，使合閘瞬間的偏磁Φp與原來磁路中的剩磁Φr極性相反，并不是寄希望這兩個磁通相抵消使磁路不致飽和。而是當(dāng)Φp與Φr極性相反時，緊接著穩(wěn)態(tài)磁通Φs的加入必將使合成磁通不越出飽和磁通值，從而實現(xiàn)對勵磁涌流的抑制。

引發(fā)變壓器的繼電保護(hù)裝置誤動，使變壓器的投運頻頻失敗；

變壓器出線短路故障切除時所產(chǎn)生的電壓突增，誘發(fā)變壓器產(chǎn)生涌流導(dǎo)致保護(hù)誤動，使變壓器各側(cè)負(fù)荷全部停電；

A電站一臺變壓器空載接入電源產(chǎn)生的原始勵磁涌流，誘發(fā)電網(wǎng)內(nèi)鄰近其他B電站、C電站等正在運行的變壓器產(chǎn)生“和應(yīng)涌流”(sympathetic inrush)而誤跳閘，造成大面積停電；

數(shù)值很大的勵磁涌流會導(dǎo)致變壓器及斷路器因電動力過大受損；

誘發(fā)操作過電壓，損壞電氣設(shè)備；

勵磁涌流中的直流分量導(dǎo)致電流互感器磁路被過度磁化而大幅降低測量精度和繼電保護(hù)裝置的正確動作率；

勵磁涌流中的大量諧波對電網(wǎng)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染。

造成電網(wǎng)電壓驟升或驟降，影響其他電氣設(shè)備正常工作。

電力系統(tǒng)中的涌流是一種持續(xù)時間很短的電流，由于涌流值需要與穩(wěn)定電流相比較才有意義，因此通常不用涌流的電流值來描述涌流，而是用倍數(shù)來描述涌流，所謂涌流倍數(shù)就是涌流與穩(wěn)定電流的比值。由于涌流是一種持續(xù)時間很短的電流，因此沒有有效值的概念，只有瞬時值的概念，因此準(zhǔn)確地講，涌流倍數(shù)就是涌流峰值與穩(wěn)定電流峰值的比值?？梢杂糜苛鳈z測儀來檢測涌流的數(shù)值。2100433B