励磁变压器（精选9篇）
励磁变压器 篇1
摘要：介绍了国内外变压器励磁涌流识别技术的现状及发展方向,综述了变压器励磁涌流识别方法,并对其进行了比较分析。
关键词：励磁涌流,变压器,保护
近年来,我国的超高压、大容量电力变压器不断投产,远距离输电系统越来越多地建成、运行,电力工业已有了可喜的发展。但是,国内变压器保护的发展却远远落后,其保护正确动作率长期偏低。造成这一结果主要是由于电力变压器继电保护技术上的缺陷[1]。
变压器差动保护主要要解决两个问题:一是正确鉴别励磁涌流和内部故障短路电流;二是区分外部故障和内部故障。运行经验表明,差动保护能够准确地区分区内和区外故障,因此励磁涌流和内部故障短路电流的判别是变压器差动保护的关键问题。近年来,国内外许多学者致力于变压器继电保护的研究,提出了不少判别励磁涌流的新原理和新方法。
本文着重阐述了各种方法的基本原理,同时分析了这些原理的性能和特点,并在最后提出了变压器差动保护的发展方向。
1 励磁涌流识别方法的原理简述及现状
目前鉴别励磁涌流的方法较为成熟的方法主要是基于间断角原理和二次谐波制动原理。
国内设计生产的变压器差动保护装置也主要是基于以上原理。此外,还有波形对称原理,波形叠加原理、波形相关性分析法、波形拟合法这些利用波形特征来识别变压器励磁涌流的方法。最近,电压制动原理、等值电路原理、磁特性原理等也有应用和研究。
随着人们研究领域逐渐扩大,研究的层次逐渐加深,产生很多新兴的学科。模糊判据、人工神经网络方法运用到变压器励磁涌流的识别中也是研究的热点之一。
1.1 二次谐波制动原理
与短路电流相比,励磁涌流中二次谐波比例较,并在初始阶段中对基波的比例还有所增加。通过算差动电流中的二次谐波电流与基波电流的幅值比可判别是否存在励磁涌流[2]。当出现励磁涌流,有,式中和分别为差动电流中的二谐波电流和基波电流的方均根值;为二次谐波动比。由于二次谐波电流制动原理简单,因此在电力统中得到广泛的应用。目前国内外投运的变压器护基本上都是采用该方法实现的,二次谐波制动常取为15%~20%。但是随着电压等级的提高和模的扩大以及大容量变压器的使用,在大型变压严重故障时,由于谐振使故障电流中二次谐波成增加而使保护延时动作。同时变压器铁心材料的进使得其磁饱和点降低,在剩磁较高且合闸角满一定条件时,三相励磁涌流的二次谐波含量可能小于15%,其中最小的一相可能在7%以下。在这情况下,就二次谐波制动原理而言,即使采用一相动三相的闭锁方式,也无法避免误动的发生[3]。因有必要在二次谐波电流制动的基础上采取一些有的加速判据。
1.2 波形相关法原理
波形相关法原理是利用数字信号处理中的相关函数的基本概念,对采样数据进行分析,计算采样数据在不同时段上的自相关系数,利用自相关系数的大小来区分变压器励磁涌流和内部故障差流的新方法。其基本思想是将一周波数据窗内的波形用适当的方法重组为两个部分求取其相关系数,比较通过这两部分波形的相关性实现对涌流与故障的区分。波形相关法实现的关键问题是如何确定被比较的两段波形。其基本思想是:将一周波的采样信号等周期延拓一周,形成一个两周波的观察窗。在[0,T]内逐点向后截取半个周波的信号,并计算该波形在时间轴上投影的面积。设采样周期为每周N点,则总共得到N个面积值。取其中最大面积对应的起点作为波形比较的起点,从该起点起向后截取.周波的采样信号,将其后半周波取反,与前半周波信号做相关分析。
1.3 电压制动原理
电压制动原理提出利用变压器的端口电压作为识别变压器励磁涌流和内部短路电流的辅助判据。当变压器发生短路时,伴随有电压的降低;当变压器出现励磁涌流时,电压不会降低,有时还会升高。分析和实验表明,电压制动原理的应用系统阻抗的大小关系密切相关。同时,当变压器低压侧装有无功补偿装置时,发生短路时的端口电压不会瞬时降低,此时会影响辅助判据的准确性和保护的速动性。
1.4 等值电路原理
等值电路原理是一种基于变压器导纳型等值电路的励磁涌流判别方法。该方法是通过检测对地导纳的参数变化,鉴别变压器的内部故障。铁芯线圈的漏抗和空芯线圈的漏抗接近,故此时变压器等值导纳参数的互导纳与变压器的铁芯饱和程度无关。铁芯未饱和时,变压器各侧对地导纳几乎为零;当铁芯饱和时,变压器各侧对地导纳明显增大;当铁芯严重饱和时,变压器各侧对地导纳几乎与空芯变压器的对地导纳一致,且是一个不为零的常量。
该方法在求取对地导纳时需要先获取变压器漏感参数,这一点在实际运用中存在一定的困难。
2 发展和展望
变压器空载合闸的励磁涌流的问题本身很复杂,国内外学者的理论研究和数值仿真,无不在或多或少的假设和简化条件下进行,难免在某些情况下失真。正是这种情况下,模糊的处理方法就特别显出它的科学性和有效性。
模糊数学借助于隶属度的概念,达到对人脑一定程度的模拟,具有处理模糊现象的能力。将这一原理应用在变压器主保护中,为识别励磁涌流和内部短路电流,选定四个特征量,即二次谐波含量、铁芯磁通大小、电流波形的对称度以及电压的高低。人工神经网络是人工智能较为突出的一种。人工神经网络的特点在于其并行计算能力和高度的非线性。
这些新的方法尚处于探索阶段,离实用还有一定的距离。由于变压器运行条件的复杂性和故障类型的多样性,要完美地解决这些存在的问题,需要探索一些新的理论和方法。作者提出了今后变压器保护技术的发展方向。
(1)综合应用变压器电压、电流特征提取信息,识别励磁涌流,提高差动保护在变压器保护应用中的性能。
(2)摆脱现有技术的束缚,独辟蹊径,探寻变压器保护新的原理,克服差动保护在变压器保护应用存在着的先天不足。
参考文献
[1]王维俭.变压器保护运行不良的反思[J].电力自动化设备,2001,21(10):1～3.
[2]Sharp R L,Glassburn W E.A trans-former differential relay with second harmonic restraint[J].Trans.AIEE1958,12:913～918.
[3]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京:中国电力出版社,2002.
励磁变压器 篇2
【关键词】励磁变压器；故障分析；防范措施
由于励磁变压器的安全运行关乎着机组的整体稳定性，与发电厂中稳定发电有直接的关系，应当维持其正常运转保证发电厂的经济效益，但是在实际运转中，由于一些因素导致励磁变发生故障出现机组跳闸现象。因此应当对励磁变故障种类加以总结，积极分析其原因，并提出相關防范对策从而减少其故障频率。
一、励磁变压器在发电厂中的重要作用
励磁变压器可控制发电机端的电流，在发电机出口装设电压互感器，然后其达到采样、调节、跟给励磁装置电源的作用，可为发电机的励磁系统提供三相交流励磁电源。励磁变压器是保证发电机励磁系统安全运行的重要工具，励磁系统一般通过可控硅将三相的电源转化为发电机转子所需要的直流电源，然后形成发电机的励磁磁场，最后通过励磁系统调节可控硅触发角。由于发电机出口处的电压通常较高，而励磁系统的额定电压较低，因此通过励磁变压器可降低电压，调节电机端电压符合实际生产需求。励磁变压的安全运行是保证发电机组稳定发电和满负荷发电的前提，也是励磁系统可靠运行的关键，其重要性显而易见[1]。
二、励磁变压器常见的故障种类分析
（一）CT故障
CT是指电流互感器，电流互感器发生故障是励磁变压器出现的故障种类之一，由于励磁变压器的高压旁的CT的内部存在一些问题或者缺憾，会引发爆炸接连引起励磁变压器高压两侧的两相短路，进一步会引发三相短路导致机组自动保护进行跳闸。三相中破损保障的一相CT变形严重并且脱落；临近的CT受到影响外部会部分破损；在CT至变压器的各相之间的引线也会受到波及变形或者熔断；励磁变压器的外壳在爆炸中会出现烧黑的恒基，由于其材质为环氧树脂一般无明显变形情况，在低压处损害程度相对较轻；但是在高压处爆炸会引发其侧封目严重变形，并破坏其周边设施，例如天花板、窗户等。据相关数据显示在2011年湖南某发电厂发生过由于励磁变压器侧的CT爆炸事故，在2012年国际某电厂的2号机组也发生了由于励磁变压力侧的CT爆炸引发的短路事故，经检查为该相的某根线的绝缘体发生损坏而引起的[1]。
（二）测温点故障
测温点的温度测量元件位置的不妥当放置，也会导致事故的发生，情况一：将温度测量原件放在高压线圈旁，会造成高压线圈和温度测定之间放点，进而导致发电机定子接地进行保护发生跳闸；情况二：励磁变压器的温度探头脱落会导致高压绕组对地放电，进而出现机组跳闸现象。在2011年某热电厂由于情况一发生跳闸事故，2012年国际某电厂1号机组也因此发生跳闸[2]。
（三）进水受潮接地故障
励磁系统机组中由于胶球清洗系统中的胶球收球室的顶部观察孔受到损坏，会导致循环水由破损处喷到励磁变压器的上部，再通过励磁变的通风孔或者其他缝隙处进入到变压器内部，会导致励磁变内高压侧的引线在水的作用下发生贯通接地，进而会出现机组跳闸情况。
（四）接头发热故障
由于高压引线长期在高压作用下会发热，一定其接头处或者其端部在高压中发生熔化出现熔断的现象，或导致CT结构内侧出现明显的放电情况，若其他两相变压器高压侧引线熔化会对冷却风扇有明显放电现象，进而导致风扇损毁，自动保护机组出现跳闸。
（五）线圈内部发生短路故障
高压线圈内部匝间短路故障，会导致线圈风道内壁烧损，磁力变压器无明显的事故痕迹和烟雾，会在两相线圈的中部低压引出线铜板处发现烟熏发黑的情况，并会发现有熔化的铜渣，进而导致保护跳闸动作发生停机[2]。
（六）其他混合型绝缘故障
励磁变压侧CT爆炸，在临侧相处保护用CT从上而下中间部位裂开明显缝隙；在穿心套管至高压侧的CT处的导线会出现明显放电情况，导致穿心套管爆裂；进而引发保护用CT与测量用CT之间的用以连接的被烧断。在进行修复处理时，由于电压过高，会发现励磁变的高压线圈上下层间由于过热出现熔化的同理，进而导致绝缘体受损导致匝间短路引发故障停机。
三、励磁变故障原因及暴露问题的分析
（一）CT故障原因分析
引起CT发生故障的原因通常有三个，一是由于CT内部引线材质不够优良，不符合标准或者焊接时工艺操作不够完善，导致在运行时，引线过热运行发生故障；二是由于CT局部的绝缘性能不佳，在制造时不够细致，导致出现气泡进而造成内部饶组之间发生放电；三是由于励磁变压器侧的CT的重量较重，高达120kg左右，且为壁挂式安装，导致CT四个安装孔长期受力发生振动导致绝缘受损。
（二）测温点故障原因分析
测温点故障的直接原因便是测量原件的位置放置错误，进而造成了高压线圈和温度测量点之间放点，在安装使用时，多数的励磁变厂家没有明确规定温度测点的安装位置，导致安装时将该位置错误的安放到了高压线圈旁侧，最终降低了高压线圈的绝缘能力，导致高压线圈和温度测点在放电作用下被击穿。
（三）进水受潮原因分析
励磁变进水的原因是由于胶球清洗系统在运行过程中出现异常程序，进而导致观察室的玻璃强度降低直至破裂，再循环水的作用下，经过励磁变的上方，通过励磁变的通风孔或者其他位置机内到变压器的内部，出现进水接地事故。
（四）接头发热原因分析
接头发热或者接头松动的原因，是由于在检修过程中安装以及检修工作未执行到位，未及时发现接头受损或由于体积振动发生了接头的松动导致运行时过热。
（五）励磁变线圈内部发生短路故障原因分析
励磁变的高压线圈内部发生短路故障分析，一是由于高压线圈本身质量问题，导线的匝绝缘不符合实际运城标准，其厚度不够存在皮损等；二是由于在实际安装的过程中过于粗暴，不断进行敲打导致匝绝缘破损；三是由于没有加强对高压线圈的处理，例如在换位处应当采取加强措施否则会造成换位处的剪刀口在线圈压紧过程中出现匝绝缘破损、或者匝绝缘厚度不够等。四是高压线圈在实际运行中由于长期的高负荷，导致线圈温度持续较高，绝缘老化、开裂进而发生了短路。
（六）其他混合型绝缘故障原因分析
当CT内部组件的接头接触不良，便会导致高温后CT一次线圈由于过热发生短路，再加上受热不均匀发生膨胀出现了CT保证内部故障。再加上线圈匝间短路，其为CT爆炸事故后期的连锁故障，在不及时发现随后的线圈匝间短路故障时便导致了混合型绝缘故障出现。
四、励磁变事故发生的具体防范措施
在wcng公司的专业会议中，聚集多方专业人士针对励磁变事故发生原因以及具体方法措施进行了深刻的分析，并且执行修订了相关的制度和章程，从而加强对工作的管理工作，减少事故发生的次数，并在事故发生后要提升检修的效率。
（一）加强绝缘监督与预防试验
依据对励磁变事故种类和原因的分析，发现大多数励磁变的損害和事故发生是由于绝缘的损害，据可靠数据分析，该原因在励磁变事故中的比例为85%，因此应当加强对设备的绝缘的监督管理以及试验从而减少励磁变事故发生的频率。在绝缘监督时应当重点关注发电区的周边的设备，不仅仅是励磁变，还应当包括CT、PT等，预防发电机出口接地故障。可定期展开预防性试验，对线圈和CT进行检修并记录具体的电流变化情况[3]。
（二）严格按规定执行，不断提高检修质量
只有到位的检修才能预防事故的发生，因此要安排完善的检修规范，可依次推行推进点检、运行、检修维护大专业管理模式。首先安排好相关设备以及系统的检修的次数以及检修的内容，针对易发生问题的设备和重点的系统要重点防护；其次应当按照相关的规定和国家的标准，不断的提升单位的技术规范，予以修订和改善进而提高检修的技术含量；此外应当有效的监视励磁变的绕组温度和铁芯温度，避免由于温度过高而发生的机组跳闸现象，还应当保证各导电线的连接部位紧密牢固[3]。
（三）进行问题排查并进行相应整改
针对事故问题，要逐一排查原因提升其稳定性能，例如CT故障可改变其悬挂模式，采取托架等；针对励磁变线圈接头松动情况，要进行回装将其重新固定；在励磁变进水情况下要采取防护措施，例如加装防水隔断避免由于变压器内部进水发生的跳闸现象；此外还应加强冷却风扇管理，将冷却风扇改到励磁变壳体外部后方便检修，单独配置1个继电器来启动风机，保证风冷控制箱不直接启动风机，避免电流大烧坏风冷控制箱控制板，提高设备可靠性。
结语
综上所述，应当针对励磁变事故发生的原因逐一排查进行整改，在检修时要严格按规定执行提高其质量，并加强绝缘监督与预防试验，从而减少励磁变故障发生的频率，保证励磁系统的安全稳定性。
参考文献
[1]奚占新.励磁变压器故障原因分析与防范措施[J].电工电气，2013（09）：45-47
[2]孙富根，陈海军.机组励磁变故障原因分析和防范措施[J].电力安全技术，2010，12（5）：25-27.
关于变压器励磁涌流的分析及对策 篇3
变压器正常运行时,空载电流仅占额定电流的1%～5%,但在变压器充电的瞬间,即变压器合闸瞬间,由于铁心的磁惯性,铁心磁通不能突变,于是由铁心中的稳态磁通和自由分量合成的磁通使铁心迅速饱和,励磁电流快速增长,形成励磁涌流。
1 产生励磁涌流的原因
为简单起见,以单相变压器为例分析产生励磁涌流的原因。单相变压器原理图如图1所示。
将电源电压u1接入变压器,则其电压方程式为:
式中,u1为加于变压器一次侧的电压瞬时值;α为合闸时一次电压的初始角;i为变压器一次侧电流;R1为变压器一次绕组电阻;W1为变压器一次绕组匝数;U11m为变压器主磁通的瞬时值。
i1R1风很小可以忽略,则式(1)变为:
解之得:
在合闸瞬间设t=0,Φ=0,得:
则稳态磁通的最大值为:
因此有:
由于W1、U1m及ω都是给定的,因此磁通只与α相关。
实际中,α可以是0～2π中的任一数值,现通过分析2种极端的情况来说明问题。
(1)t=0,α=π/2时,u1=U1m,由式(2)得:
合闸后磁通、励磁电流立即达到稳态值,因此没有励磁涌流产生。
(2) t=0,α=0时,u1=0,由式(2)得:
合闸后磁通由0增大至2Φm,励磁电流也由0增大至对应于2Φm的数值。由于磁通与励磁电流的非线性关系,励磁电流能达到正常励磁电流的几十倍,额定电流的6～8倍,而这是在变压器没有剩磁的理想情况下推出的结论,如果变压器有剩磁,合闸时的励磁涌流会更大,那么便发生涌流现象。
2 应对励磁涌流对策
励磁涌流对变压器并不造成很大伤害,但是如果励磁涌流造成电压的波动,系统便会不稳定。
投运变压器充电时,高压侧有很大的电流(励磁涌流),二次低压侧无电流,这可能使变压器的差动保护误动作。由于励磁涌流以2次谐波分量为主要,因此应选择具有谐波制动功能的差动继电器。
三相变压器充电时,电源每相电压瞬时值不一致,励磁电流亦不相同,合闸瞬间电压为0或最小的相,励磁涌流最大。因3个相的励磁电流之和不为0,二次回路有零序电流,故应校验零序保护是否会误动。
为减小励磁涌流对系统的影响,可采取如下措施。
(1)为避免变压器充电时励磁涌流引起较大的电压波动,在变压器实际投运时,采用高压侧充电、低压侧并列的操作方法,使供电系统的稳定性得以提高。尤其是在低压母线上有可控硅装置等对电压反应敏感的负荷时,更应采用这种方法。图2是某110kV供电系统图(局部)。
图2中,2T检修后准备投入,此时,1915、191、1911、1912、1111、111、601、6011在合位,即1T在运行。操作顺序:合1122→合6022→合112→合L601→合602→分L601。合112,变压器充电;合L601、602,变压器低压侧6kV并列;分L601,1T、2T变压器分供,系统正常化供电。
(2)选用南京南瑞继保工程技术有限公司的微机保护装置。该微机保护是针对励磁涌流产生的波形与短路电流波形的不同,采用高等数学积分的方法,避免了励磁涌流可能引起的误动作。
3 结束语
综上所述,在变压器实际操作运行和变压器微机保护的选择上,应充分考虑励磁涌流可能造成的危害,确保变压器安全投运,保障供电系统稳定运行。
参考文献
励磁变压器 篇4
1、变压器差动保护动作情况分析
1.1某220KV变压器差动保护动作原因分析。以某220KV变电站为例，针对其在充电的过程中，因为励磁涌流的影响，而使得变压器出现差动保护误动的情况进行分析。在励磁涌流的影响下，使得该变电站的2号主变出现了差动保护动作，从而使得变压器的三个侧面的断路器均出现了跳开的问题。具体可见图1。
从上述图中就可以了解到，当220KV变电站2号主变在充电的过程中，出现了空冲的情况，那么会使得C相差电流二次谐波量在9%上下波动。而这时候断路器所出现的跳闸电流也会随之消失一段时间，在这一时间段内，C相差电流二次谐波量会出现一定的增长，会增长到14%。在220KV变电站的2号主变中，主要采用的保护装置就是RCS-978型保护装置，该装置受到励磁涌流影响的主要判断依据就是分相制动原理。这种保护装置中采用的保护程序主要是利用的最早的一个版本，该保护装置中的相关软件在受到励磁涌流的影响下，虽然已经采用了浮动门槛进行保护，但是也使得C相差电流二次谐波量相应的减少，只占到整个装置二次谐波量的15%左右。如果继续维持这样的状况，那么就会使得二次谐波的闭锁性能被影响，从而使得该功能被大大的放开，这样就会使得变压器出现误动的问题。
1.2110KV良村变差动保护动作原因。下面以某110KV变压器为研究实例，针对该110KV变压器的差动保护动作出现的原因进行分析。110KV变压器的望良线6号杆中的B相在接地上出现了故障问题，导致114断路器无法进行接地保护，与接地之间的距离为1个动作，在出现接地故障后，114断路器的27ms范围内出现了严重的三相跳闸问题。同时导致了在1358ms范围内出现了重合闸口，使得144断路器能够实现有效的重合。另外，该变压器中的1号主变在受到励磁涌流的影响下，使得其比率制动的动作出现了迟缓，无法有效的避开励磁涌流的冲击，导致在1358ms路段上，1号主变器三个侧面的断路器的跳动动作均受到了影响，从而就会形成误动问题。详情可见图2。
从图2可以看出，110kV变在区外故障切除及恢复过程中，1号主变高压侧三相电流呈现励磁涌流特征，二次谐波百分比分别为66%、17%、75%。CST231A型保护装置励磁涌流的判据采用的是“或”制动原理。早期的CST231A装置，因为采样精度不高，为避免误闭锁保护，当某相差流小于icd门槛值后就不再参与谐波闭锁的计算，所以虽然A、C两相的谐波含量很高，但因为差流小于icd，所以没有闭锁保护；而B相的谐波含量为17%小于保护装置整定的20%闭锁定值，且处于动作区内，所以变压器差动保护动作。
2、励磁涌流造成差动保护动作的原因分析
根据相关的定律可以了解懂啊，在没有受到励磁涌流的影响下，或者是在没有出现差动保护动作的时候，如果变压器出现故障等问题，那么电流的和也只会表现为0。也就是说，无论电流波形是否出现变化，当输入电流与输出电流相等的情况下，差动保护电流都会是0，并不会出现误动的问题。通常而言，变压器保护都是由保护绕组以及铁芯所构成的。在变压器出现空载合闸情况的时候，或者是其出现了短路问题的时候，就会使得变压器的励磁电流相应的增大，而这样的励磁电流就可以被称作是励磁涌流。励磁涌流在流入到变压器中后，就会使得变压器出现差动保护动作，在一些特殊条件下，变压器就会出现误动的情况。所以，在对励磁涌流导致的差动保护动作进行有效的解决的过程中，就需要从保护定制以及保护原理这两个角度来制定相应的对策，从而防止误动问题的出现。
3、变压器差动保护二次谐波制动门槛整定值
3.1影响励磁涌流大小的因素。影响三相变压器空载合闸励磁涌流的因素很多。根据实践经验，在变压器进行变压器绕组变形和绕组直流电阻试验时，由于向变压器绕组注入了直流分量，其衰减时间较长，也会造成励磁涌流中二次谐波分量的减少。
3.2整定时应考虑的问题。现场和动模大量数据表明，一些正常变压器励磁涌流情况下的二次谐波分量往往比空投到变压器内部故障情况下的差电流中的二次谐波分量还要低。因此，需要从防误动和防拒动两方面综合考虑二次谐波制动门槛值的问题。
4、提高变压器差动保护躲避励磁涌流能力的措施
4.1差动保护定值整定。要想使得变压器在受到励磁涌流影响下，能够保持保护动作不变，就需要将差动保护的二次谐波制定定值设定为15%。而针对一些较为特殊的变压器，可以利用空充的方式来对变压器的二次谐波进行判明，在将变压器中的录波图二次谐波控制在15%以下的时候，则需要將变压器的差动保护二次谐波系数控制在12%左右，这样可以防止误动问题的出现。
4.2RCS-978型保护装置的整改措施。为了能够减少变压器差动保护误动的出现，就需要合理的对相关的保护软件进行升级处理。在对变压器进行空冲的时候，需要合理的利用保护装置来对将上下浮动的励磁涌流谐波所定到具体的值上，然后在空充开始的一段时间内到二次谐波系数降低到设定的值后，在时间逐步推移的过程中，使得二次谐波值尽可能的接近整定值，另外，要针对二次谐波定值的变化进行合理的分析，并且要采取辅助性的手段来对励磁涌流的影响进行判断，从而使得变压器的差动保护躲避能力可以相应的得到提升。
4.3CST231A型保护装置的整改措施。对保护软件进行升级：将原设计中当某相差流小于icd门槛值后就不再参与谐波闭锁的逻辑修改为分3个不同的二次谐波制动区域，并参与谐波闭锁的计算，以增强躲避励磁涌流的能力。
5、结语
本文针对2起变压器励磁涌流引起差动保护误动作的原因进行了分析，提出了提高变压器躲励磁涌流能力的相应措施，实施结果证明措施是有效的，明显降低了由于受变压器励磁涌流的影响造成变压器差动保护动作情况的发生。
励磁变压器 篇5
变压器是电力系统中不可缺少的关键设备之一, 其直接关系着供电可靠性和系统安全稳定运行。一般所说的励磁涌流 (Inrush Current) , 是指电力变压器在空载闭合时, 受励磁电压的影响, 变压器线圈内产生的冲击电流。励磁涌流的数值可达额定电流的几倍甚至几十倍, 且电流波形严重畸变, 容易造成变压器保护的误动作甚至造成变压器损坏, 将影响整个电力系统的安全运行[1]。本文从原理方面对电力变压器的励磁涌流进行了分析, 指出了励磁涌流的特点及影响, 给出了励磁涌流问题的解决方法。
1 励磁涌流的原理分析
励磁涌流的产生原因是变压器铁芯饱和, 图1是变压器铁芯的近似磁化曲线, 铁芯不饱和时, 磁化曲线的斜率较大, 励磁电流iμ较小;铁芯饱和后, 磁化曲线的斜率很小, 励磁电流iμ大增, 从而形成励磁涌流。
现以单相变压器的空载合闸为例进行说明, 当设变压器在t=0时刻空载合闸, 则加在变压器上的电压为:
由电压与磁通的关系解得:
其中, -Φmcos (ωt+α) 为稳态磁通分量, 由于未考虑变压器损耗, Φ (0) 为直流分量。同时由于铁芯磁通无法突变, 故初始磁通为:
变压器饱和磁通Φmax一般为1.15～1.4, 运行电压一般也不会超过额定电压的10%, 所以稳态运行时变压器铁芯不会饱和。但在合闸后产生的暂态过程中, 由于初始磁通的存在, 磁通有可能发生饱和, 最严重时为电压过零时刻合闸, 磁通最大为2Φm+Φr, 远大于饱和磁通Φmax。当磁通超过饱和磁通时便会发生励磁涌流。
2 励磁涌流的特点及影响
单相变压器励磁涌流的特点为: (1) 变压器空载合闸时, 涌流是否产生及其大小与合闸角有关。合闸角在α=0和α=π时涌流最大。 (2) 涌流波形偏向时间轴的一侧, 并且出现间断。且涌流越大, 间断角越小。 (3) 含有很大的非周期分量。 (4) 含有大量的高次谐波分量, 以二次谐波为主。
三相变压器的励磁涌流虽比单相变压器复杂得多, 但同样与铁芯的饱和有关。三相变压器励磁涌流有以下特点:
(1) 由于三相电压之间具有120°的相位差, 因而三相励磁涌流不会相同, 任何时刻投入变压器, 至少会在两相中产生不同程度的励磁涌流。
(2) 某相励磁涌流可能不再偏向时间轴一侧, 而是变成了对称性涌流。
(3) 三相励磁涌流中有一相或两相二次谐波含量比较小, 但至少有一相比较大。
(4) 励磁涌流波形仍然间断, 但间断角明显减小, 尤其以对称性涌流的间断角最小。
变压器励磁涌流的危害主要有[2,3]:
(1) 励磁涌流可能引发变压器保护装置误动作, 使变压器的投运出现失败。这是当前研究变压器励磁涌流的重要原因, 由于可能存在的变压器故障, 所以当变压器投运时, 必须将变压器保护投入, 而对于差动保护而言, 励磁涌流与变压器区内故障都表现为差动电流较大。因此变压器保护必须有防止励磁涌流导致误动的措施, 常用的励磁涌流判别方法有二次谐波与间断角判别等方法。
(2) 变压器引出线短路故障切除时所产生的电压突增, 可能引发变压器保护误动作, 使变压器各侧断开。
(3) 励磁涌流可能诱发邻近变电站正在运行的变压器产生“和应涌流”而误跳闸, 造成大面积停电。
(4) 数值较大的励磁涌流将导致变压器及断路器因电动力过大受损。
(5) 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, 进而影响继电保护的正确动作。
(6) 励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染。
3 励磁涌流的解决方法
根据励磁涌流的产生原因及其特点, 可从两方面解决励磁涌流问题, 一方面是抑制变压器励磁涌流的产生, 另一方面消除励磁涌流所带来的影响。
抑制变压器空载合闸产生励磁涌流的方法主要有: (1) 在闭合绕组中串入闭合电阻或电感。串入电阻是目前广泛采用的方法, 其做法为在投入变压器时串入闭合电阻, 当变压器运行达到稳定运行时再切除该电阻。从理论上讲, 用电感代替电阻串入绕组的分压效果更好, 但闭合绕组中串入电感后, 可能引发高次谐波的振荡, 产生过电压导致电感绝缘损坏。此外, 串入电感会使励磁涌流的时间常数增大, 这对抑制励磁涌流也是不利的。 (2) 带负载合闸也是抑制励磁涌流的方法之一, 其原理是利用变压器二次的反电势来抵消一次电源电压。 (3) 选相角闭合。选择电源电压波形为最大值的瞬间组合, 可避免最苛刻的闭合工况。
消除励磁涌流的影响, 主要是指消除励磁涌流导致保护误跳闸的问题, 其难点和重点为有效区分励磁涌流与变压器故障。根据当前的变压器保护逻辑, 励磁涌流判别通常是作为一个闭锁条件, 以南瑞继保电气有限公司的RCS-978变压器保护装置为例。RCS-978变压器保护装置采用谐波和波形畸变两种方法来识别励磁涌流, 其中谐波识别是指采用三相差动电流中二次谐波、三次谐波的含量来识别励磁涌流, 当某相差动电流中的二次谐波和三次谐波大于整定确定的基波的一定比例时, 该相被判别为励磁涌流, 则闭锁差动元件。波形畸变识别变压器故障时, 差流基本上是工频正弦波, 而励磁涌流时, 存在大量谐波, 波形发生畸变, 呈现出间断、不对称等特征。可利用算法对故障与励磁涌流作出识别, 如图2所示。
如图2所示, 2种励磁涌流的识别方法为变压器差动保护的制动条件, 且可以通过控制字的投退决定是否采用波形畸变识别。文献[4]在探讨变压器保护双重化问题时即指出, 变压器差动保护的一个特殊问题是避开变压器的励磁涌流, 通常按避开励磁涌流的方法对变压器差动保护进行分类, 但若按此分类实现不同原理的保护双重化则是错误的。实际上, 各种原理的涌流闭锁元件均不太完善, 两套差动保护各用一种原理的涌流闭锁元件, 变压器空载合闸时误动的可能性反而会增加。反之, 涌流闭锁元件是不会造成保护拒动的, 所以宁可采用原理相同的涌流闭锁元件来实现变压器保护的双重化。从图3可知, 保护1、保护2除励磁涌流识别方法外完全相同, 因此, 按照图3的连接方法和逻辑, 在发生励磁涌流时, 保护跳闸的可能性为两套保护跳闸的可能性的合集, 故抑制励磁涌流的性能将降低。
4 结语
变压器励磁涌流问题的本质是变压器铁芯的磁饱和, 在理解了变压器励磁涌流的形成原因及其特点后, 可以采取一定方法抑制励磁涌流的产生和大小, 或者消除励磁涌流所带来的影响。励磁涌流的存在一直是变压器保护能否正确动作的考验, 解决问题的核心是如何有效区分励磁涌流与变压器内部故障。在研究励磁涌流识别方法的同时, 不同方法的有效结合, 也是应该需关注的问题之一。
参考文献
[1]王立大, 段周朝.变压器励磁涌流引起保护误动分析[J].电力系统保护与控制, 2010, 38 (10)
[2]刘力强, 李楠.电力变压器的励磁涌流[J].电气制造, 2009 (6)
[3]许波, 刘彦文, 李明.变压器励磁涌流的危害及防治措施[J].吉林电力, 2009, 37 (1)
励磁变压器 篇6
励磁变压器基本参数的确定
发电机组基本参数
励磁变基本参数的确定
励磁变低压侧额定电流确定
根据水电站单机900MW水轮机组励磁变压器运行条件, 要求励磁系统保证当发电机在最大容量900MVA、额定电压和功率因素为0.9的励磁电流的1.1倍时, 长期可靠运行。根据GB/T 18494.1-2001工业用变流变压器标准, 三相六脉波桥式整流电路中阀侧电流因数 (即变压器阀侧电流的方均根值与直流电流的比值为) :0.816;
变压器额定容量确定
因此, 变压器的单相 (台) 容量取:2500k VA
励磁变温升的设计及试验
根据IEC61378标准, 整流变压器在非正弦电流下的总损耗为:
总负载损耗PN=电阻损耗+绕组涡流损耗+引线损耗+杂散损耗 (所有损耗都要基于基波和谐波) 即:温升试验电流=以上总负载损耗对应的基波电流
谐波分析计算
谐波频谱可按GB/T 3859.2-1993的6.6.2和6.6.4推导。
按标准, 谐波最大含量如下表所示:
损耗系数计算
根据标准计算公式算得以下各损耗增加系数:
涡流损耗增加系数
杂散损耗增加系数
谐波下的温升计算
(1) 基波电流下的负载损耗值
(1) 基波电阻损耗 (120°, 计算值)
(2) 涡流损耗
(3) 杂散损耗
基波电流下的总负载损耗 (120°, 计算值) 为:
则可得连接线损耗与结构件损耗之和为:
(2) 谐波电流下的总负载损耗计算
(3) 变压器温升试验时, 模拟运行工况所施加的工频电流值
由上面的计算可以知道, 额定非正弦电流下的负载损耗 (120°时) 为:
额定正弦电流下的负载损耗 (120°时) 为:PN1=14700W
确定等效负载损耗的基波工频试验电流:
对变压器进行温升试验, 试验电流按1.109倍额定电流考核。
(4) 性能参数验证
该变压器考虑谐波的影响, 设计温升为80K, 变压器样机做温升试验时, 试验电流按额定电流的1.109倍选取。
变压器结构的确定
由于本项目产品容量大, 用三相独立的变压器组与一台三相变压器比较, 有便于运输和减少备用容量的优点, 同时采用分相设计结构, 与离相封闭母线配合, 可以杜绝发电机出口相间短路的可能性, 也能提高整个电力系统的运行稳定性。二次侧为电缆出线, 一次侧与离相封闭母线相联。
线圈结构
每台单相励磁变压器包含一组 (2个) 高压线圈和一组 (2个) 低压线圈, 每个线圈之间分别采用外部并联连接, 使得每个线圈内导体流过的电流为额定电流的一半, 简化了设计和制造难度, 产品的可靠性更易保证。
(1) 高压线圈
线圈采用优质电磁线绕制, 导线表面采用C级绝缘材料, 匝间、层间采用NOMEX绝缘材料。在真空下进行环氧树脂浇注。具有高机械强度、抗短路性能好等特点。内部轴向设置散热通道, 降低线圈运行温升, 保证线圈具有极强的抗短路性能及过载能力。
(2) 低压线圈
采用铜箔与绝缘材料紧密绕制, 箔导体截面积大, 安匝平衡性好, 电流均匀, 加上线圈和气道的内外壁、端部绝缘均为玻璃纤维缠绕, 采用环氧树脂真空浇注, 最终形成一个坚固的整体, 保证线圈具有极强的抗短路性能及过载能力。
励磁变压器耐受短路能力
抗短路热稳定能力
根据GB1094.5-1985和IEC60076-5 (2000) 电力变压器承受短路的能力计算温升, 忽略系统阻抗的影响:
其中:θ0=120℃ (线圈的起始温度)
(短路电流密度)
t=2s (承受短路电流持续时间)
θ2=250℃ (协议要求线圈平均温度最大允许值, 国标H级绝缘线圈平均温度最大允许值为350℃)
本次变压器线圈设计额定电流密度保持小于1.9A/m2, 计算出线圈短路时最高温度为128℃, 它小于标准及协议要求的线圈平均温度最大允许值250℃, 故变压器抗短路热稳定能力是可靠的。
抗短路热稳定能力
处于磁场中的载流导体将要承受机械力的作用, 作用在绕组导线上的电磁力, 在正常运行条件下是不大的, 但在短路条件下却很大。短路时作用在导线上的总应力应小于导线材料的容许应力, 对于铜导线应小于157MPa, 才能满足要求。
辐向短路电动力计算
根据物理学的定理, 电磁力的基本计算公式为:
在辐向力Fx的作用下在绕组内所产生的切向拉力大小为:
最大短路电流幅值可按下列公式计算:
轴向短路电动力计算
漏磁场在绕组端部将要发生畸变, 除纵向分量外还产生横向分量, 横向漏磁所产生的轴向力, 将使内外绕组产生弯曲变形, 利用最大横向漏磁组产生的轴向力, 可计算导线最大弯曲应力:
每根导线所受的总应力为所受的辐向应力σx和轴向应力σy之和, 并应小于容许应力σN, 即:σ=σx+σy≤σN
如前所述, 对于铜导线σN≤157MPa
经过计算, 短路时, 高、低压绕组所受短路应力大小如下表所示:
从以上结果可知, 其短路总应力远小于铜线的容许应力, 满足抗短路能力要求。
结束语
为保证大型水电机组励磁系统的安全可靠运行, 详细分析了励磁变压器各主要技术参数, 设计出了励磁变压器合理可靠的方案。根据相关经验及其他项目实际运行情况, 证明了本方案各方面性能完全可以满足实际运行要求。
建议观点
1.变压器属于电机应用中比较窄的领域, 但在电力系统中又是必不可少的环节, 而变压器在电磁和机械力方面的理论分析缺少更新或更先进的理论成果, 希望有专门的研究机构从事这些领域的研发。
2.国内科技的发展, 应该鼓励科研、原创, 加大投入力度, 对于企业承担的科研项目, 加大扶持力度。
3.科学发展, 第一要义是发展, 核心是以人为本, 一个企业的发展, 依靠人才的发展。没有人才的储藏和发展, 企业就没有创造力和活力。一个企业只有留住人才, 才有发展的能力。所以作为科技型企业, 吸收、留住人才, 是发展的重中之重!
励磁变压器 篇7
关键词：励磁涌流,差动保护,多分辨率分析,小波变换,FPGA
0 引言
电力变压器是电力系统的重要组成部分,其故障将严重影响供电的可靠性和系统的安全运行。纵联差动保护作为变压器的主保护,能够无延时地切除区内各种短路故障[1]。在空载合闸或外部故障切除后电压恢复过程中,变压器铁芯线圈中的磁通容易发生饱和,励磁电流变得很大,有可能导致差动保护误动作[2,3]。因此,准确识别励磁涌流有助于提高变压器差动保护动作的正确率。
小波变换在励磁涌流识别方面已有广泛应用[4,5,6,7,8]。文献[9]利用小波变换提取奇异点的算法来定位电压电流的突变时刻,通过比较突变时刻来识别励磁涌流;文献[10]运用小波变换和多分辨分析,通过研究高频分量的变化趋势来识别励磁涌流;文献[11]借助小波变换和人工神经网络来识别励磁涌流。本文提出了一种基于能量成分的励磁涌流识别方法:对差动继电器中的三相电流信号进行加窗多分辨率分析,根据不同尺度下高频分量的比重确定电流信号的突变点;将突变点放置在同一时间轴上,若有两个突变点之间的距离在10°~360°范围内,则判断为励磁涌流突变点。在分析相邻窗口高频分量之间关系的基础上,对FPGA逻辑电路的使用进行了优化,在廉价的EP2C35芯片上实现对变压器励磁涌流的实时识别。
1 多分辨率分析下的信号能量
多分辨率分析的概念由S.Mallat和Y.Meyer于1986年提出,并给出了正交小波的Mallat算法[12,13]。多分辨率分析是建立在函数空间概念上的理论,它将信号空间划分为不同的尺度空间,每个空间对应着不同的频率范围。当采样率满足Nyquist采样定理时,归一频带必将限制在-π~+π之间。对于原始信号的正频率部分而言,如果将频带0~π定义为空间0V,可分别用高通滤波器Hd和低通滤波器Hc将它分解成两个正交的子空间:频带在0~π/2的低频部分1V和频带在π/2~π的高频部分1W;经二级分解后,1V又可被剖分成频带在0~π/4的低频部分2V和频带在π/4~π/2的高频部分2W,如图1所示。
任意信号x(t)∈L2(R)都可表示为
右边第一部分是信号x(t)在尺度空间上的投影,它是信号的平滑逼近,分解系数jc(k)称为离散平滑逼近信号,φj,k(t)称为尺度函数;第二部分是信号在小波空间上的投影,反映了邻近尺度之间两个平滑逼近的细节差异,分解系数d j(k)称为离散细节信号即小波变换系数,ψj,k(t)是具有带通性质的小波函数,将小波变换与多分辨率分析联系在一起。
Mallat算法是依相邻尺度空间上的尺度函数和小波函数基本关系推导出的小波分解快速算法。
式中:L为滤波器长度;hdl和hcl分别为高通滤波器系数和低通滤波器系数;j为分解尺度。
多分辨率分析的主要特征之一是不同分辨率下的小波系数能量代表不同频带的原信号能量。依Parseval定理,利用尺度函数和小波函数正交性质,原信号能量可表示为各尺度下子频带的能量之和。
2 励磁涌流识别
2.1 涌流波形
三相变压器常采用Yn/Δ-11接线方式,正常运行时原副边的线电流相差30°。为保证变压器在正常运行或发生区外故障时流入差动继电器的电流为零,将变压器星形接法一侧的电流互感器连接成三角形,三角形接法一侧的电流互感器连接成星形,如图2所示。
由于流经差动继电器的电流不再是变压器原副边相电流之差,当变压器出现励磁涌流时,三相变压器差动继电器中的电流与单相变压器差动继电器中的电流有明显的区别。
图3(a)、图3(b)分别是变压器星形接法一侧空载合闸、变压器发生内部故障时的流经差动继电器的三相电流波形(Ai,Bi,Ci)。
从图3可以看出:对于变压器空载合闸,有一相电流波形正负对称,各相的电流突变点在时间上有明显的差异,且随着时间的推移而渐渐增大[14]。对于变压器内部故障,各相电流不存在波形间断现象,且仅在短路时刻发生突变。
2.2 能量分布
在电流突变点处能量分布在各个频带上,而在非电流突变点处能量集中分布在低频带上。本文利用多分辨率分析工具,把窗口内电流信号能量分解成不同频带下的信号能量。
信号窗口长度选得越短,通过多分辨率分析得到的能量分布越能够反映信号的局部特征。但是,当窗口长度过短时,多分辨率分析的边缘效应可能会把实际的能量分布淹没。为了减少边缘效应对高频能量的影响,用最左边的窗口数据和最右边的窗口数据分别向窗口外做等值延拓。
当窗口长度为T时,大体上能够反映信号能量分布的最低频率一般不会低于1/T。这里,把包含1/T频率的高频带称为最低高频带,尺度记为p。假设采样数据不断地从窗口的右边进入,从窗口的左边移出,窗口内的数据编号从左到右依次为0,1,2,…,W,窗口的编号与窗口最右边数据的采样号相同,按Mallat算法计算窗口m的d1m(k)和dpm(k),将它们的能量之比定义为窗口m高频带能量比,即
当采样频率为10 k Hz、窗口长度为2 ms时,最低高频带的尺度p=5。采用db3小波对图3进行窗口信号高频带能量比计算,形成的高频带能量比曲线如图4所示。
从图4可以看出:当电流突变点闯入窗口时,若原窗口信号总能量较小,则高频带能量比立刻变大,否则等到窗口信号总能量下降到一定程度时才变大;如果在电流突变点出现窗口期间窗口信号的总能量始终比较大,那么这种电流突变点可能无法检测到。换句话说,这种高频带能量比方法能够有效地发现波形间断前后的电流突变点,而对波形持续期间的电流突变点不敏感。为了不计波形间断期间因干扰引起的电流突变点,规定窗口总能量不低于变压器运行在额定电流时的窗口总能量。
2.3 涌流判据
若采样点m前q个窗口高频带能量比都小于阈值K,而窗口m的高频带能量比大于等于阈值K,则认为采样点m是突变点。考虑q个窗口高频带能量比都小于阈值K的目的是防止虚假突变点。
图3所示的各电流波形的突变点分布如图5所示,其中K=0.05和q=5。
由图5可以看出:变压器空投时,电流突变点在相当长的一段时间内频繁出现,且各相出现的时刻有所不同;变压器内部故障时,电流突变点仅在故障发生时刻出现。
把与前一突变点的距离大于10°小于360°的突变点称为励磁涌流特征点。一旦发现励磁涌流特征点,就向差动保护装置发出一个持续一个工频周期的闭锁信号,这就是基于能量成分的励磁涌流识别新方法。
3 基于FPGA的励磁涌流识别器
FPGA是在PAL、GAL、CPLD基础上发展起来的产物。虽然FPGA有丰富的可编程门电路资源,但要完成复杂的计算任务仍有困难。为了尽可能地少占用可编程门电路资源,这里对d1m(k)和dpm(k)计算作进一步的分析。
设小波的滤波长度为L,有
由式(5)、式(6)可见,cjm(k)、djm(k)的一部分数据与cjm-1(k)、djm-1(k)有关,一部分数据直接等于窗口外的填补数据或者零。但是,随着尺度变大,cjm(k)、djm(k)的计算量迅速增加,获取d1m(k)、dpm(k)的计算量仍然很大。
如果把db小波的高通滤波器系数在次序上颠倒,它们的绝对值与低通滤波器系数的绝对值完全一样。考虑到cjm(k)、djm(k)的计算量,本文设计的分解系数运算器由6个乘法运算器、2个加法器,以及输入选择器和输出选择器所组成,如图6所示。加法器1、加法器2输入端的符号分别与高通滤波系数符号和低通滤波系数符号相一致。计算djm(k)时,输入选择器的输出与输入按顺序关联,输出选择器的输出与加法器1关联。计算cjm(k)时,输入选择器的输出与输入按反序关联,输出选择器的输出与加法器2关联。因此,图6所示的分解系数运算器既能计算cjm(k),也能计算djm(k)。
当用2的幂指数之和近似表示滤波器系数时,原来的乘法运算可通过移位器和加法器来实现,减少了对可编程器件门电路的需求。表1列出了用3个2的幂指数表示的db3小波滤波器系数的绝对值。图7给出了用3个移位器和1个加法器实现采样值与滤波器系数0.235 2做乘法运算的具体电路。
由于d1m(k)和dpm(k)可能直接来自d1m-1(k)和dpm-1(k),本文设计的高频带能量运算器不直接与分解系数运算器关联,而是与分解系数存储器关联。同时,将窗口总能量的计算也纳入到高频带能量运算器之中。
图8是根据最低高频带能量、最高高频带能量、最小窗口总能量设计的励磁涌流识别器。
当窗口总能量大于规定最小窗口总能量、最高高频带能量大于阈值K乘上最低高频带能量时,高频带能量判别器输出为真,否则为假。当高频带能量判别器的输出为真且前q个输出为假时,突变点判别器的输出为真,否则为假。将三相电流突变点进行逻辑或运算,以便从三相整体角度进行分析。计数器1记录相邻突变点的时间间隔,为防止计数器1溢出,用一个比较器把计数器的最大计数限制在一定范围。若相邻两个突变点的距离在10°~360°(x~y)范围,励磁涌流识别器判定为变压器发生励磁涌流,向保护装置发出闭锁信号。闭锁信号的长度由d决定。为避免励磁涌流识别器起动时发闭锁信号,计数器2的初值设置为d。
4 利用RTDS验证励磁涌流识别器
根据EP2C35的门电路,利用QuartusⅡ软件对设计的励磁涌流识别器进行编译和调试,并下载到磁涌流识别器开发板中。将RTDS输出的模拟量信号直接接到开发板的模数转换器输入端,用示波器观察励磁涌流识别器的突变点和闭锁信号的状态。
在RTDS中的电力系统接线图如图9所示,且设置了变压器的饱和特性。将断路器BRK1、BRK2置分位,改变220 k V电源的相角,在t=5 s时合上BRK1,观察到的不同合闸初相角的变压器空投时突变点和闭锁信号状态列于表2。将断路器BRK1、BRK2置合位,在t=10 s时设置各种变压器内部故障,观察到的突变点和闭锁信号状态列于表3。
从表2、表3可以看出,励磁涌流识别器能够在变压器空投时准确地发出闭锁信号,而在变压器发生内部故障时均不发出闭锁信号。
5 结论
(1)变压器内部故障和变压器空投时,电流都会发生突变。但是,变压器内部故障时,三相电流仅在故障时刻同时发生突变;而变压器空投时,三相电流的突变点在时间上有差异。
(2)通过分析窗口内电流信号在不同频带下的能量分布可确定电流突变点,通过分析电流突变点的分布可确定励磁涌流特征点。
励磁变压器 篇8
1 变压器励磁涌流
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。
2 变压器励磁涌流的特点
2.1 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。
2.2 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, 但马上又回复正常, 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。
3 变压器励磁涌流的产生机理
变压器线圈绕组中的励磁电流与磁通的关系是由其磁化特性决定的, 铁芯饱和度越高, 所需要的励磁电流也就越大, 在实验中, 为变压器充电时, 在最不利的时间合闸时, 铁芯中磁通密度最大值可达2Φm, 这时变压器铁芯的饱和情况是最差, 励磁电流的数值最大, 这就是变压器励磁涌流产生的机理。变压器产生的励磁涌流要比空载变压器电流大几十倍或者上百倍, 假设线圈绕组没有电阻的情况下, 电流的峰值会出现在对变压器充电合闸后半周的瞬间, 但由于线圈绕组有电阻的存在, 励磁涌流会随着时间而减弱, 变压器的容量越小, 减弱的时间就越快。
4 变压器励磁涌流危害
4.1 由于励磁涌流的出现, 有时会造成变压器各种保护装置的误动作, 使变压器投入运行的失败。
4.2 针对于大型的电站, 如果其中一台变压器接入电源, 产生励磁涌动电流, 由于存在与其它正在运行的多台变压器产生“合应涌动”效应, 一旦产生误跳闸, 造成大面积的停电事故。
4.3 由于励磁涌动的产生会导致变压器电压过高的现象发生, 使变压器上的电器元件受损。
4.4 励磁涌动现象的发生, 会产生大量谐波, 使电网受到严重的污染, 影响供电质量。
5 对变压器励磁涌流的抑制
5.1 减少变压器励磁涌流的产生。
变压器励磁涌流的产生原因是铁芯磁饱和, 在通常情况下, 接通电源1/4周期后产生励磁涌流, 涌流最大时可超过变压器额定电流的十几倍, 持续时间不等, 励磁涌流的大小幅度与二次负荷无关, 但持续时间却与二次负荷有着直接的关系, 二次负荷大, 励磁涌流持续的时间则短, 二次负荷小, 励磁涌流持续时间则长, 所以在空载时涌流持续的时间最长, 对于变压器的容量来讲, 其容量越大, 励磁涌流的升高的幅度越大, 涌流持续的时间就越长, 根据这一现象, 经过实践证明, 当电压在峰值的时候马上投入变压器, 励磁涌流产生的几率会很小或者不会产生励磁涌流的现象。
5.2 对变压器励磁涌流的抑制方法
5.2.1 在正常的情况下, 变压器在带电工作时, 磁路中的主磁电压形成的曲线与电源供入电压形成的曲线都呈现正弦曲线的波形, 而磁路的正弦波形要滞后于供入电源的正弦曲线波形, 相差的角度大约为90度。在实际工作中, 我们利用仪器对磁路产生的电压波形和供入外电产生的波形采用仪器进行监测, 当断开电源时, 通过检测仪可以清楚的看到磁路的波形仍然存在, 证明磁路仍然有电压, 并可以得到磁路剩余电压的磁性, 那么只要变压器空投电源时, 按照仪器显示的图形, 使偏磁与剩磁极性相反, 涌流即被抑制。
5.2.2 合闸时机的选择。
由上可知, 在变压器正常运行时, 磁路电压波形滞后于供入的电源电压波形90度, 同时通过检测器总结出变压器在空载通电时所产生的偏磁一定与正常运行时对应通电时电压曲线个点磁通大小相等, 而极性相反, 因此我们可以通过在断电时对电压角度进行测量, 并将其保存下来, 在下次变压器空载投入运行时合闸的角度等于保存下来的角度加上供入电源电压的角度, 偏磁产生的角度就与剩磁产生的角度相反, 它们所产生的合磁通将小于饱和磁通, 由于磁路不产生饱和, 使现实中励磁涌流得到应有的抑制。
5.2.3 对电容器在充电时产生的涌流进行有效的抑制。
在对大型电力企业的电容器空投充电时, 对产生的励磁涌流在抑制时也同样选择合闸角与电容器上次的分闸角相接近时投入电源, 即:采用与原来剩余的电压极性相同、数值相接近的充电电压值加到电容器在断电时残留的剩余电压值上, 使电容在充电时不产生励磁涌流。根据以上的原理, 电力企业的电容器在断电后就不需放电设备对电容器进行放电, 从而实现电容器即切即投, 使操作更加方便, 快捷和安全。以上抑制励磁涌流的方法, 对电容器实现无励磁涌流, 实现即切即投, 对于大量装有备用电源自动投入装置的电站具有很大的实际意义。
结束语
根据变压器励磁涌流产生的机理, 对励磁涌流进行有效抑制在实际生产中有着深远的现实意义, 不仅能够解决励磁涌流的产生给电网造成的危害, 同时可以有效保护变压器及其各种电气元件不被损坏, 有效的减少了意外停电事故率, 对供电质量的提高打下良好的基础。
参考文献
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励磁变压器 篇9
近些年来, 我国的远距离输电系统越来越多, 高压、大容量电力变压器不断投产, 对变压器的要求进一步提高。但是, 我国变压器保护的发展比较落后, 效率不是特别明显。所以, 对变压器合闸励磁涌流的抑制方法进行研究, 有着重要的指导意义和作用。
1 关于变压器励磁涌流的几个特点
一般来说, 变压器励磁涌流有三大特点:1) 含有较大成分的非周期分量, 往往使涌流偏向于时间轴的一侧。2) 含有丰富的高次谐波成分, 其中主要是二次谐波。3) 波形存在间断。从上面的励磁涌流的特点可以看出来, 变压器励磁涌流的大小与变压器合闸初相角、剩磁大小、饱和磁通等因素都有关系。
2 励磁涌流产生的原因及对励磁涌流进行抑制的原理
励磁涌流产生的主要原因是:在变压器投入前, 如果铁芯中的剩余磁通与变压器投入时的工作电压产生的磁通方向相同, 那么会使其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量, 因此, 产生比较大的励磁涌流, 其中最大峰值可达到变压器额定电流的6～8倍。对于励磁涌流, 要采取的策略是“抑制”。通过一定理论和实践证明, 发现励磁涌流是可以抑制的, 甚至是可以消灭的。因为从产生励磁涌流的根源来说, 是在于当变压器任一侧绕组感受到外施的电压增加时, 该绕组在磁路中将会产生单极性的偏磁, 如果偏磁极性恰好和变压器原来的剩磁极性相同, 那将会导致磁路饱和, 会产生很强烈的励磁涌流。在一定的情况下, 如果能够了解变压器上次断电时磁路中的剩磁的极性, 那么完全可以通过对变压器空投时的电源电压相位角进行控制, 达到让偏磁与剩磁两者的极性相反的目的, 从而实现对励磁涌流的抑制。
3 对变压器合闸励磁涌流抑制所采取的方法
3.1 选相位关合技术法
如果采取选相位角关合技术, 可以对空载变压器励磁涌流进行消除。通过EMTP仿真结果表明, 该方法在很难精确测量铁芯剩磁的情况下, 可以很好地抑制变压器励磁涌流产生过程。我们从变压器励磁涌流的影响因素可以看出, 变压器励磁涌流的大小与合闸的初相角有密切的关系。选相位关合法通过控制三相合闸的时间, 即控制三相开关合闸的初相角来削弱励磁涌流的幅值, 是一种很有效的措施。
3.2 通过控制三相开关合闸时间
此种方法理论基础是:我们将变压器看作是一个具有强感性负载的机械, 也就是说把它看成一个非线性的电感。当合闸时, 变压器上的电压变压器内部会产生一定的磁通量。在变压器存在剩磁时, 如果说合闸后所产生的磁通和剩磁的极性是一样的, 那么对于变压器内部的总磁通而言, 电压升高, 磁通量也会随着增加, 产生出更大的励磁涌流;但是, 如果合闸后所产生的磁通和剩磁极性恰好是相反的, 那么对于变压器内部总磁通来说, 当电压升高时, 它会随着减少, 可以使得励磁涌流得到削减;合闸时变压器内没有剩磁, 即在合闸角为90°的时候合闸, 这样变压器内产生的磁通是最小的, 产生的励磁涌流也是最小的。三相绕组内磁通有其自己的变化规律, 如果合理地控制三相开关合闸角度, 不仅可以大幅度降低变压器内的感应磁通量, 还能够在一定程度上削减励磁涌流幅值。在这种思想下, 提出了两种合闸策略。
3.2.1 快速合闸法
在实施快速合闸策略的时候, 变压器的一相先在最佳点合闸, 就是当它事先预期的磁通等于剩磁的时候合闸, 另外其他两相在1/4周期后合闸。这种合闸方法适合于变压器三相绕组中铁芯没有剩磁的情况, 并且三相是独立控制合闸的。首先合闸的一相在合闸角为90°的时候, 这个时候其绕组中产生的磁通比较小, 在某个程度上接近于零。采用快速合闸法, 可以消除或者削弱励磁涌流, 从而达到抑制效果。
3.2.2 延迟合闸法
如果能够知道三相中的某一相 (比如A相) 的剩磁, 那么我们可以采取延迟合闸的方法。就是说, A相在它最合适的时刻合闸, 剩余的两相则延迟工频周期后再同时合闸, 延迟的时间可以是2到3个工频周期。这样, 也可以使得空载变压器励磁涌流得到控制。延迟合闸的策略是采用了变压器铁芯的磁通平衡效应, 以达到抑制励磁涌流的效果。
3.3 在中性点恰当地串联合闸电阻尺
在首相合闸之后, 因为中性点串联了电阻尺, 铁芯中的暂态磁通就会迅速地减少。有一种简单且经济的削弱空载合闸变压器励磁涌流的方法, 就是在变压器的中性点串入一大小合适的电阻, 三相延时合闸空载变压器, 这是改进的中性点串电阻法。通过对该方法下涌流峰值随中性点电阻值变化的分析, 从而选择出最佳的电阻值。
3.4 改变电阻尺值的方法
改变电阻尺值方法中, 串联电阻法是最常用的一种方法。在合闸的电路中, 串联一个比较合适的电阻来增大电阻尺的阻值, 从而降低合闸时刻稳态磁通的幅值, 减少励磁涌流的持续时间, 达到抑制励磁涌流的结果。
3.5 接入速饱和变流器抑制励磁涌流
接入速饱和变流器, 用来阻止励磁涌流传递到差动继电器中。当励磁涌流进入差动回路的时候, 对于速饱和变流器的铁芯来说, 它具有极易饱和的特性。所以只要合理调节速饱和变流器一两次侧绕组匝数, 就可以更好的消除励磁涌流对差动保护的影响, 从而减少励磁涌流的负面影响。
3.6 利用涌流波形具有明显的间断角的特征来避越涌流
目前有两种利用间断角原理的差动保护。一种方案是直接鉴别间断角的大小来判断是涌流或内部短路, 为防止涌流波形出现负谐波, 使间断角消失, 在继电器设计上采取了补偿措施来恢复一次涌流本来出现的间断角, 另一种方案是比较二次谐波和二次电流的变化率, 它利用内部短路电流和涌流两种情况时, 运用二次电流波形的连续同期性和涌流的间断性原理来区分涌流和短路电流, 该原理的保护也要附加差动保护以防止内部短路时电流很大, 利用涌流波形具有明显的间断角这个特征来避越励磁涌流。
3.7 改变变压器绕组的分布
变压器在产生励磁涌流时, 铁芯处于饱和状态, 铁芯及其磁导率接近于真空中的磁导率, 则此时变压器可看作一个空心线圈, 相当于铁芯从绕组中移出去, 其磁通线延伸到了铁芯以外的区域, 分周期量来磁化变流器的导磁体, 达到最小制动电流整合。另外, 工作绕组接入保护的差动回路, 平衡绕组可以按照实际需要接入电流回路或工作回路, 从而达到躲避励磁涌流的作用。
4 结语
在变压器空载合闸的时候, 可能产生较大的励磁涌流。比如电力变压器空载合闸投入电网时, 会产生很大的励磁涌流, 有可能导致变压器产生保护装置的误动作, 会产生不好的结果, 使变压器的寿命缩减。另外, 有电磁的干扰影响作用, 也会影响变压器周围设备的运行。因此, 对变压器合闸励磁涌流的抑制方法进行研究, 有着很大指导意义和重要作用。对励磁涌流进行抑制消除的研究, 仍然是我们所要面对的一项技术考验。励流涌磁的产生有多方面的原因, 我们要用科学的方法, 从各个方面对其进行研究, 找到合适的办法来抑制或者消除励磁涌流, 以减少励磁涌流对变压器及其整个系统的影响。
参考文献
[1]贺家李, 宋从距.电力系统继电保护原理[M].北京:中国电力出版社, 1994.
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