童凡杰

摘要：本文主要介绍变压器励磁涌流的危害以及抑制方法，并通过实际例子来全面介绍问题出现的原因，经过和应当采取的防治措施，从而有利于变压器的维护使用，保障用电安全。

关键词：励磁涌流；危害；方法；分析

一.前言

变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件，在发电机中，不管是线圈运动通过磁场或磁场运动通过固定线圈，均能在线圈中感应电势，此两种情况，磁通的值均不变，但与线圈相交链的磁通数量却有变动，这是互感应的原理。在变压器空载合闸时产生励磁涌流，其值高达变压器额定电流的6-8倍。因为变压器是磁元件，磁通不能突变，当空载合闸在电源电压过零一瞬间，一次电流全部成为暂态电流，使变压器铁芯高度饱和，励磁电流剧烈增加，从而形成励磁涌流。励磁涌流的特点是：直流分量成分很大，有大量高次谐波，其中二次谐波占的比例最大。励磁涌流有着广泛的危害必须采取一定的措施来抑制，预防为主，防治结合，尽量减少其发生最大程度的减少危害和损失。

二、变压器励磁涌流产生的原因[1]

当空载变压器原边线圈接通电源时，这时流入的电流就是励磁电流也称为激磁电流，励磁电流的大小与漏磁、线圈直流电阻成正比例关系。如果忽略这两个因素，则 ，其中 是电源电压， 是线圈自感电势，此时的激磁电流为零。但是由于实际上线圈电阻虽然很小，漏磁也很小，毕竟不为零，当 稍微大于 时，这个差值就造成了激磁电流不是零。变压器是根据电磁感应原理制成的一种电器设备，把电能转化为磁能，然后在把磁能转化为电能，是一个能量不断转化的过程，因此需要建立一定的磁场，此时变压器绕组中就会产生励磁电流，变压器铁芯越饱和，则产生的励磁电流就越大。最大峰值甚至可达额定电流的6到8倍。

对于民用小型号小功率变压器来说，一个40瓦的6灯电子管收音机变压器空载时的电流只有二十几个毫安。对于满负荷的约200毫安来说只占十分之一左右。当变压器次级带负载时，激磁电流仍然存在，还是原来那么大，初级的总电流等于激磁电流加上次级折算到初级的电流。只要初级接通电源，不论空载还是带负荷，励磁电路总是存在的。

空载时磁通的计算：设电源电压为正弦电压则[2]：

当电源内阻抗为零时，同时忽略变压器的漏抗，此时令变压器绕匝数为 ，则

求得

C由 时的 决定，则

公式中 为电压 的磁通幅度值， 为稳态磁通， 为暂态磁通

三、抑制方法

（一）、控制三相开关的合闸速断[2]

根据合闸瞬间外施交流电压的峰值达到最大值，但是变压器不会产生励磁涌流这一特点，因此控制三相开关合闸的角度能够抑制励磁电流。即当变压器内部没有剩磁时，立即在施加电压的峰值处闭合闸，也就是在合闸角为 时合闸，此时变压器内产生的磁通接近为零，相应的励磁涌流也就很小。本文选取了国内某变电站作为观察样本，对三项操作分合闸的效果做了对比，具体如下图所示：

图1 效果对比

（二）、内部插入接地电阻

变压器空载在合闸时由于三相励磁涌流存在不平衡，可以在三相变压器的中性点处接入一个接地的电阻，来承受这一不平衡的电流，达到使变压器的励磁涌流衰减的目的。这个接地电阻还能够有效的减弱变压器铁芯上的电压，从而阻止铁芯饱和。这种方法一般需要和第一种方法一起使用，能够有效的把励磁涌流的幅值控制到40%左右。

（三）、改变绕组的分布

当变压器在产生励磁涌流时，铁芯处在饱和的状态，这时铁芯的磁导率接近于真空中的状态，此时变压器的原边相当于一个空心的线圈，可以看成作铁芯从绕组中移出去，其磁通线向外延伸，到达了铁芯以外的区域。基于这一现象，可将变压器原边的绕组从内部转移至外部，由于空心线圈的电感同截面积成正比例关系，则截面积相应的增大了很多，但是励磁涌流同空心电感成反比例关系，因而励磁涌流将得到一定的抑制。通过上面的分析，可以采用改变变压器原边或者次边绕组的分布这一方法，来增加涌流时的等效电感达到抑制励磁涌流的效果。

四.事故分析：变压器空头时的励磁涌流引起的差动保护动作分析

引起变压器差动保护动作的原因是多方面的，最常见最主要的原因为变压器空载合闸时或者外部的短路故障被修复后重新变压器重新恢复工作时所产生的励磁涌流。當出现上述情况时励磁涌流所产生的电流会达到额定电流的几倍甚至几十倍，当然会引起变压器的保护动作。在发生励磁涌流的时候，涌流只通过变压器的电源一侧，而另一侧的负电荷没有产生电流，励磁涌流的方向为纵差保护的回路，差动保护装置若是经过此电流也会引起变压器的保护误动作。如何解决变压器差动保护问题的关键是正确识别励磁涌流和内部故障电流。

1.二次谐波电流制动原理的分析

大量的实例证明，我国复杂的电力网络中变压器励磁涌流波形中二次谐波含量的最低值为17%到20%，所以变压器设置的保护二次谐波的制动范围为15%到20%。通过科研人员的理论研究以及工作人员的实践发现变压器三相励磁涌流中二次谐波并不是同时达到这个定值，所以我们一般采取的方式为或门制动，理解为只要三相中有一相二次谐波超过了定值就会形成差动保护。由于这种方式原理简单，实用方便所以得到了广泛的应用，但是也有一些问题的存在。

由于大容量超高压变压器结构性能方面的原因以及材料和制作工艺的不同，使励磁涌流三相中的一相或者两相二次谐波含量少，从而造成差动保护困难，容易造成误动；大型变压器，电压比较高，在其端部有很长的电线，其电容效应比较明显，由此当变压器内部出现故障时，由于电感和电容效应使短路中的电流谐波含量增加，可能引起二次谐波形成差动保护延时动作。

对于500KV及其以上的电压等级系统为了提高其稳定性而采用电容无功就地补偿措施，在低压侧H差动保护范围内故障时，电容的反馈电流将流向故障点，从而对差动保护形成影响，可能使二次谐波制动的差动保护延时动作。

2.间断角原理分析

能够快速切除合闸于内部故障，但在电流互感器因饱和使传变间断角消失的情况下，必须采取必要的措施来使之恢复。长期以来不管是国内和国外学者都致力于此的研究提出了许多将变压器的电流量和电压量同时利用来鉴别励磁涌流的方法。如磁通特性鉴别法，等值电路参数鉴别法等，这些方法还需进一步的理论突破以及实验总结，因此精准的分析变压器励磁涌流和内部故障的新原理，对于提高变压器的差动保护性能是十分必要的。

3.电压制动原理分析

当变压器的运行由于受到励磁涌流的影响而出现严重饱和时，端电压会发生变化，其中就有大量的谐波分量；变压器内部出现故障时，变压器的端电压会下降到一个比较低的水平，这样就会分清励磁涌流或加速保护出口动作。

参考文献：

[1]周志敏.继电保护实用技术问答[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]郝治国，张保会，褚云龙.变压器励磁涌流鉴别技术的现状和发展[J].变压器，2005，42（7）：23-27.