汪昊铭 申国标 钱兵

摘要：变压器在进行试验时，经常会由于操作不当或者设备选取不当等问题导致变压器的铁芯中存在大量剩余铁芯，进而致使变压器的工作不能正常进行。笔者结合多年一些的實践经验，对试验完成后变压器存在剩磁的原因进行了探究，并在此基础上提出了一些有针对性的消磁方法，期望能够给相关从业人员人员及研究人员提供一些借鉴及参考。

关键词：变压器冲击;励磁涌流;预防性试验;剩磁;消磁

前言

剩磁问题的产生对变压器的正常工作产生了极大的影响，对其他与变压器相关的试验的进行也产生了一定的妨碍，因此，深度剖析剩磁产生的原因，并寻找相应的消磁方法是十分重要的。

1直流电阻测试产生剩磁的原因

常见的电力变压器绕组的电感的容量都比较大，从几百到几千亨不等，而其所使用的直流电阻的却十分的小，几乎可以以微欧来计，同时大型变压器所需的供电量也十分大，即使是用电流较大的稳压电源也要持续充电多个小时才能达到饱和。而为提高电力变压器绕组的充电效率，当前行业被普遍更换了原来的稳压电源，而使用新型的电压与电流都比较稳定的电源进行充电。该次变压器的直流电阻实验所使用的相关测量设备带助磁的电流恒定式测试仪是出自行业内某知名电子仪器设备公司。通常情况下，电源不可能达到电压和电流的同时稳定状态。而这种仪器的作用就是依据电路中电源的负载的大小，来判断电源就是是出于稳压还是处于稳流状态。本次试验的电源是处于稳流状态下的。其具体的工作原理为：当总开关闭合后，电源处于稳压状态，电路中的电流逐渐增大，当电流增大到稳定电流的标准时，电源便会转变为稳流状态。电源的稳压越高，电源的供电速度也就越快，稳定电流越大，变压器的铁心中的磁饱和程度也就越高，不但能够加快电源到达稳压或稳流状态的速度，而且还能提升测量数据的精确性，提高实验效率。在实验的过程中，闭合回路中通入的电流是恒定电流，而仪器所设定的稳定电流的大小为十安培。

就当前水平而言，直接对测量变压器的低压一侧的线圈的直流电阻进行测量，操作十分困难，所以当前最常见的方法是使用助磁法以及高电流法间接进行测量，这两种方法的原理都是通过使变压器的铁心中的磁感应强度迅速达到预设状态，进而使电流电压达到稳定状态。

为使助磁效果达到理想状态，就要将变压器的两侧的绕组进行串联，使其电流方向相同，但因为高压侧线圈匝数远多于低压侧，所以仅需较低的励磁电流便能够让铁心达到饱和状态，而十安培大小的磁力电流便可使任何容量的变压器的铁心达到饱和。

由上述的测试方法可以看出，要达到主变铁心的饱和状态所需要求较低，而如果不能够良好控制试验时间，便会导致大量剩磁的产生。

2变压器励磁涌流与变压器剩磁的关系

励磁电流的大小对主变铁芯的饱和程度以及测试时间的长短均会产生不同程度的影响，以下是剩磁的产生与变压器励磁涌流的联系：

（1）如果把变压器当作一个非线性电感，即变压器线圈中本身便含有导磁介质，在闭合开关时，外部电压的存在便会使变压器内部形成一个小型电磁场，并产生一个磁通量，如果这时变压器中存在剩磁，而剩磁的磁极又恰好与变压器内部产生的磁通量一致，外部电压便会对变压器的总磁通产生影响，使磁通的大小与电压的变化呈正方向变化，进而导致励磁涌流的增大;但如果变压器内部产生的磁通与剩磁的磁极相反，那么总磁通的大小与电压便会呈反方向变动，进而使励磁涌流降低。

（2）励磁涌流是通过变压器内部产生的磁通间接影响铁心的饱和度，产生影响的前提是磁化的特殊性质。变压器铁芯的饱和程度越高，一定大小的磁通的量的产生所要通入的励磁电流也就越大。如果在开关闭合的时间点不适宜，就会导致变压器内部的铁心出现过度饱和，进而导致励磁电流迅速增大，励磁电流的大小约为变压器不存在任何负载时的电流大小的一百倍，如果去除线圈电阻的影响，励磁电流将会在开关闭和后的半周左右达到最大值。

（3）励磁涌流的大小与开关闭合瞬间产生的电压的关系：处于交流电路中时，电压与磁通量之前总会存在一个九十度的相位角，且磁通处于落后位置。若在开关闭合的瞬间，电压恰好处于峰值，那么磁通量的大小恰好为零，换而言之，在变压器内部的铁心中存在着一个稳定的磁通量，这是变压器中不存在励磁电流;而如果当开关闭合的瞬间，电压的大小恰好为零，铁心中的磁通量便会立刻达到最大值。

（4）一般而言，在正常运行的过程中，变压器的磁路都是处于饱和状态的，处于A工作点，而如果变压器的一侧没有负载的情况下，向另外一侧开关闭合，并接入额定电压，处于B工作点，这是磁路便会处于过饱和状态，开关闭合所产生的励磁电流大约是额定电流的六倍，但这一大小尚处于可控范围之内，由于在进行电路设计时便已经做好了预防措施，所以不会产生太大的问题。但若变压器中存在剩磁，受剩磁的影响，变压器的磁路便可能处于C工作点，而变压器的励磁电流的大小将会远高于限定的极值，这时应立即采取防护措施，切断变压器与线路的连接。

3剩磁影响分析

3.1剩磁导致变压器过电压

过电压现象的发生离不开各类储电元件的运转。变压器的局部放电试验需要强度为二百五十赫兹的电磁进行辅助，而若铁心中存在剩磁，便会导致变压器电压较高的一端产生过电压现象，对变压器的内部组件造成损伤。

3.2剩磁导致互感器计量误差

从磁路为出发点进行分析，可以得出结论：电流互感器的励磁与工作两种磁势的比值就是电流互感器中的基本误差。而一旦电流互感器的铁心存在剩磁，便会致使励磁磁势增大，从而导致基本误差扩大，进而导致计量结果出现严重偏差。在存在剩磁的情况下，电流互感器的误差符号是不固定的，而剩磁可对误差的检验产生0.4%的影响。若采用标准的硅钢片和铁镍合金试样进行检验，根据实际检验情况可得出，电流互感器误差的正负通常取决于剩磁强度。若强度较弱，则误差为正;若强度较强，则误差为负。

3.3剩磁导致互感器铁磁谐振

剩磁对于电压互感器中的磁饱和产生影响，同时还会导致非线性、铁磁谐振等问题的出现。在一定條件下，剩磁对大大减少电磁式电压互感器中铁心达到饱和状况的时间，甚至会致使铁磁谐振现象的产生。

4目前现场消除剩磁的方法

4.1直流法消除剩磁

直流法消除剩磁是以电工理论为基础，正向、反向交替通入直流电源，之后再缓慢降低通入电流的大小，以迫使变压器铁心中所存在的磁滞回环变小，逐渐失去滞磁的效力，以消除剩磁。按电工理论，正反向通入直流电流，并逐渐减小，缩小铁心的，达到消除剩磁的目的。

在使用该种方法进行消磁时，需要配备以下器材：电压为12V的蓄电池作为电源;一个最大电流为5A，调节范围在零至一百欧间的可变电阻;A、A1两个测量范围为5～10A的直流电流表;一个两百欧的固定电阻;K1、K2、K3三个单向开关;一个双向开关;在被用于实验的变压器电压较高的一端的各个相邻的绕组建通入直流电源。

4.2交流法消除剩磁

交流法消除剩磁就是变相的利用单相空载试验的原理消除剩磁。首先，在用于试验的变压器电压较低的一端的各个相邻的绕组线圈间分别加上五十赫兹的交流电压，并将高压侧的中性点与地面连接。其次，根据电源容量的大小调整补偿电容器，降低电源的供电大小，以与试验变压器电压较低的一端相连接的电压表示数为判断依据，缓慢地将电压升高到额定电压的一半，保持该种状态五分钟左右，然后再将电压以平均、缓慢的速度归零，之后再以相似的速度将电压提升至额定电压的最大值，如此反复多次，直至消磁达到理想效果。

4.3开路消磁法

在消磁的过程中，要为电流的互感器串联或并联一个阻值极大的导体，使之形成开路状态，接着通过升流变压器向其中通入一定大小的额定电流，通常为10%到15%之间为宜，然后再缓慢的将电流降到最低。使用该种方法进行消磁，通常要反复重复多次，才能达到最佳效果。此外，在进行消磁时，还要在线圈匝数较多的输出端接入一个交流峰值电压表，对输出端的电压大小进行监测，一旦当交流峰值电压表的示数大于2.6千伏使，要立刻停止加大通入电流。此外，还要注意的是，使用该种方法进行消磁时，变压器的输出端产生的高电压会对与之连接的负载及操作人员的安全造成极大的威胁。所以，在进行试验时，相关人员务必要落实人员及设备的安全保护措施。

4.4闭路消磁法

在电容足够大的情况下，在进行二次绕组时，在线路上串联一个约等于额定负荷的十至二十倍的电阻，对线路通以不同大小的电流，在零到额定电流的一点二倍的范围中，由小到大，缓慢施加，然后由大到小缓慢降低，直至降到零为止。

4.5其它方法

在铁心上制作一些大小适宜的小孔或缝隙也可以达到消磁的目的，不过一般情况下在消磁的效果有限。同时要注意的是，使用该种方法时，绕组铁心要使用特定的材料进行制作，如非晶、坡莫合金等。

5高压变压器局部放电试验的常见故障与处理

5.1分接开关档位的设置

经过实际操作证明，高压变压器的分接开关的控制能力较弱，开关处于任意档位，高压侧所承受的线圈间的电压总是远高于低压侧。因此，在进行局部放电试验时，可直接将分接开关调到较高的档位，无需从低档进行一一调试，一般情况下，调到十七档较为合适。

5.2高压端绕组的变形检测

经实际测量结果显示，高压变压器的高压套管的高度是普通电压器的数倍，因此，在缺乏外力的帮助下，要进行通过人工攀爬进行实现，不仅危险系数非常高，而且可操作性较小，工作难度较大。所以在实际对变压器的绕组进行检测的过程中，通常使用在电压器的套管末屏获取信号的方式，不仅能减少工作量，且不存在安全问题。

结  语

综上所述，要消除变压器使用后的剩磁，就必须结合变压器的实际情况，从源头上寻找有效方法进行消磁，才能达到预期的效果，为变压器的后期使用做好准备工作，确保相关工作的顺利进行。

参考文献

[1]寇海荣，王新中，史明彪.变压器直流电阻试验后剩磁影响及对策[J].山西电力，2016（03）：24-27.

[2]王绍衡.电力变压器铁芯剩磁的测量与削弱[D].河北工业大学，2017.

[3]钟文华.台山电厂升压变压器励磁涌流分析及其抑制手段[D].华南理工大学，2017.

[4]张达钊.电流互感器铁芯剩磁相关问题研究[D].华中科技大学，2019.