电力变压器的励磁涌流判据
励磁涌流是由于变压器的铁心饱和造成的。
变压器的磁化曲线是非线性的,当在正常运行状态和区内、外故障时,变压器运行在磁化曲线的线性段,因而励磁阻抗是基本保持不变的。在正常情况下,变压器的励磁电流很小,对于现代大型变压器,通常要小于1%变压器额定电流,因此,当变压器运行在磁化曲线的线性段时,励磁阻抗很大,一般以变压器额定电压和电流为基准的励磁阻抗Z m>100。当变压器空投或区外故障切除,电压恢复正常的过程中,由于磁通不能突变,磁通中出现了非周期性的暂态分量,与铁芯剩磁一起使变压器铁芯饱和,同时由于电压是交变的,因而在一个周波内变压器铁芯周期性地进入饱和区和退出饱和区;当进入饱和区时,励磁电流的瞬时值很大,可能达到变压器额定电流的5～10 倍甚至更大,这就是励磁涌流;而退出饱和区时,只有正常的励磁电流,其瞬时值很小,所以说励磁涌流有间断角。励磁电流上升时励磁阻抗Zm呈反比下降, 在空载合闸时, Zm的最大值与最小值可能相差几百倍甚至上千倍。
差动保护一直是电力变压器的主保护，其理论根据是基尔霍夫电流定律，对于纯电路设备，差动保护无懈可击。但是，对于变压器而言，由于内部磁路的联系，本质上不再满足基尔霍夫电流定律，变压器励磁电流成了差动保护不平衡电流的一种来源。大型电力变压器正常运行时的励磁电流通常低于额定电流的1%，所以适当设定差动保护动作值仍可准确区分变压器内部故障与
外部故障。但是，电力变压器运行条件复杂，过励磁时励磁电流可达额定电流的水平，空载合闸或者变压器外部短路被突然切除而端电压突然恢复时，暂态励磁电流（即励磁涌流）的大小有时可与短路电流相比拟。这样大的不平衡电流必然导致差动保护误动，为此，变压器差动保护的主要矛盾一直集中在准确鉴别励磁涌流和内部故障电流上。
1.电流波形特征识别法
1.1二次谐波制动原理
二次谐波制动法是计算差流中的二次谐波分量，若其值较大则判定为涌流，常用的判别式为：
式中：I d2和I d1分别为差流中的二次谐波和基波幅值；K为二次谐波制动比。
二次谐波制动原理简单明了，有多年的运行经验，目前国内外实际投入运行的微机变压器保护大都采用该原理。但是，采用二次谐波制动原理的变压器保护，面临着以下几个问题：
a.励磁涌流是暂态电流，不适合用傅里叶级数的谐波分析方法。因为对于暂态信号而言，傅里叶级数法的周期延拓将导致错误的结果。
b.很难适当选择制动比K。美国西屋公司的制动比为7.0%～
7.5%，但ABB取10%，我国和大部分国家则取15%～20%。
c.现代变压器电磁特性的变化，使得涌流时二次谐波含量低，导致误动；而大容量变压器、远距离输电的发展，使得内部故障
时暂态电流产生较大的二次谐波，导致拒动。
1.2间断角原理
间断角原理利用了涌流波形有较大间断角的特征，通过检测差流间断角的大小实现鉴别涌流的目的。该原理的模拟式保护装置已得到应用，但面临着因电流互感器传变引起的间断角变形问题。当电流互感器饱和时，在涌流的间断角区域将产生反向电流，电流互感器饱和越严重则反向电流越大，最终使得涌流间断角消失；对于内部故障电流而言，电流互感器饱和将导致差流的间断角增大，而且电流互感器饱和越严重，其差流间断角越大。前者将使得变压器发生涌流时差动保护误动，后者将使得变压器内部故障耐差动保护拒动。此外，用微机实现间断角原理时硬件成本高，主要表现在以下2个方面：
a．需要较高的采样率以准确测量间断角，结果对CPU的计算速度提出了更高的要求。
b．涌流间断角处的电流非常小，几乎接近于0，而A/D转换芯片正好在零点附近的转换误差最大。因此，需要高分辨率的A/D转换芯片。
1.3 波形对称原理
波形对称原理是利用差电流导数的前半波与后半波进行对称比较，根据比较的结果去判断是否发生了励磁涌流。对称的定义由下式给出：
式中：为差电流导数前半波第i点的数值；I i+180/为后半波对
应第i点的数值；K为比较阈值。
当第i点的数值满足时称为对称，否则称为不对称。连续比较半个周期，对于内部故障，上式恒成立；对于励磁涌流，至少有1／4周期以上的点不满足式。
该原理基于对励磁涌流导数波宽及间断角的分析，是间断角原理的推广，且比间断角原理容易实现。但是，涌流波形与许多因素有关，具有不确定性、多样性，如果K值取得太大，保护可能误动；而故障电流也并非总是正弦波，实际系统中必须考虑故障情况的多样性和故障波形的复杂性。当系统有分布电容较大的屯缆线路存在时，故障波形中就含有大量的谐波，此时如果K 值选得太小，保护就有可能拒动；而且电流互感器饱和必将引起差流变形。
因此，该原理的应用必将遇到如下问题：
a．比较阈值K如何确定？应为多大？
b．故障时式(2)不一定恒成立，那么应当有多少点满足式时才能判为故障？换言之，对称范围（对称角度）应当取多大？
这两个问题很难通过严格的理论分析或推导予以解决，应用中只能根据实际情况，通过试验的方式设定或修正，结果潜伏了误判的隐患（已有误动的事实）。
1.4 小波变换方法
20世纪80年代后期发展起来的小波变换在时域、频域都具有表征信号局部特征的能力，被誉为分析信号的数学显微镜，非常适合于非平稳信号的分析，克服了傅里叶变换只能适应稳态或准稳态信号分析、时域完全无局部性的缺点，可以准确地提取信
号的特征。继电保护工作者试图通过小波变换彻底解决变压器励磁涌流与内部故障的判别。
目前，小波变换在此方面的应用研究如火如荼，但一直以来主要集中于高次谐波检测和奇异点检测口，此外并未发现大的突破。实际上，两者都是间断角原理的一种推广，高频检测反映的是差流状态突变产生的高次谐波，高频细节出现的位置对应于变压器饱和、退饱和时刻或故障发生时刻。若差流的高频细节突变周期出现，则为励磁涌流；若出现一次后便很快衰减为0，则为内部故障。奇异点检测利用了小波变换模极大值原理，检测的是差流状态突变而产生的第2类间断点，奇异点与涌流间断角相对应。
但是，对微机保护来讲，获得高频分量势必需要提高采样频率，从而增加了技术难度和成本，而且可能会受到系统谐波的影响，能否经受住环境高频噪声的考验，有待进一步研究。另外，如何正确检测模值亦是一个难题。
1.5神经网络方法
人工神经网络(ANN)应用于变压器内部故障和励磁涌流判别，主要是利用ANN优秀的模式识别能力进行电流波形识别。1 994年，ANN首次被用于变压器差动保护，进行了励磁涌流辨识，之后此类应用便层出不穷。不管用于何种目的，设计ANN 时都要经历如下几个过程：①ANN类型的确定；②输入和输出层中各节点数目的确定：输入是差流采样或原、副边电流的采样，而且每时刻要有若干个包含足够信息的采样点输入网络，如此可确定输入节点数，输出节点数与网络要实现的功用有关，如仅用
于励磁涌流和内部故障判别，则有1个二进制输出即可，需要1个输出节点；③隐含层及其节点数需多次试凑确定；④传递函数的选择；⑤训练样本的获取；⑥数据预处理；⑦训练；⑧对已训练好的神经网络进行测试。
上述过程需反复进行，若在训练过程或检验时不能满足要求，那么网络结构及各种参数都需要调整，然后重新训练，可见，训练神经网络是一件非常烦琐的事。而且，训练时需要大量的样本数据，其获取及预处理的工作量很大，尽管如此，仍难以保汪训练样本集的完备性，从而导致误判。
实际上，由于三相变压器励磁涌流的波形特征随系统电压和等值阻抗、合闸初相角、剩磁大小和方向、三相绕组接线方式和中性点接地方式、三相铁心结构（三相三柱、三相五柱、单相变压器组等）、铁心材料和组装工艺、磁滞回线和局部磁滞环等不同而改变，所以任何以涌流波形特征为依据的防止空投误动的措施均不能保证变压器差动保护不误动，差别仅是误动次数的多少。2．磁通特性识别法
变压器发生励磁涌流时，ψ-i d曲线即为变压器的空载磁化曲线。发生内部故障时，ψ-i d曲线将偏离磁化曲线，且故障越严重则偏离越严重。所以，通过计算铁心磁链ψ和差流i d，可正确判别励磁涌流。具体判据为：如果ψ-i d位于磁化曲线上，则该不平衡电流为励磁涌流，否则为内部故障电流。
此判据尽管理论上可行，但实际上由于受变压器不确定剩磁的影响，在励磁涌流情况下计算得到的，ψ-i d将偏离磁化曲线，进而导致误判。
为消除剩磁不确定性的影响，采用ψ-i d曲线斜率dψ/di d，区分励磁涌流和内部故障电流，如图1所示。变压器正常运行于未饱和时，数值较大且为一常数；铁心饱和时，数值较小；发生励磁涌流时，铁心交替饱和，将在大值与小值间周期变化；而内部故障时，数值较小且为常数
图1 变压器的dψ/di d-i d平面
根据图1，内部故障时dψ/d?d值落于区1，励磁涌流时dψ/di d值将在区1和区2间摆动。令k r为制动指数，如果（dψ/di d）值位于区1，则是k r加1，当（dψ/di d）。位于区2时，k r减1。这样，内部故障时k r几乎单调增加，而励磁涌流时足，将从不大于1个阈值。
该方法由于计及了励磁涌流时变压器铁心饱和，深入到励磁涌流的产生原因而实现判别励磁涌流的目的，因而具有先进性。但存在如下不足：
a．确定区1与区2较闲难。特别是内部轻微故障时dψ/di d 数值较大，几乎可与正常运行情况相比拟，这样，区1范围较大，
而且可能与区2重合，最终导致判据失效。
b．制动指数k r的阈值需要通过实验确定，整定复杂。3．差有功法
差有功法的基本原理：正常运行时变压器消耗有功非常小（铜损耗和铁损耗之和小于变压器容量的1%），励磁涌流时由于绕组存储磁能，第1个周期流人变压器的有功较大，但是第2个周期之后变压器消耗的有功却非常小（尽管涌流时铁损耗和铜损耗都有所增加）；然而当变压器绝缘损坏时，电弧放电发热将消耗大量的有功。所以，通过检测变压器消耗有功的大小，即差有功，可判别变压器是否发生内部故障。
对于单相变压器有：
W t=1
T
(u1i1+u2i2?r1i12?r2i22) t
t?T
d t
式中：u1，u2，i1，i2，r1，r2分别为变压器原、副绕组的瞬时电压、瞬时电流和电阻。
差有功法判据为：W t>ξ，则变压器为内部故障，设阀值得目的是为了防止发生内部短路故障时保护误动。此外，电压互感器和电流互感器的测量误差将影响ξ的大小，例如电压互感器和电流互感器的时延将导致电压和电流的相位误差，从而引起有功误差。
差有功法不再纠缠于励磁涌流波形特征，从物理机理出发综合考虑电压、电流信息，是一种全新的主保护方案。然而，该方法仍无法回避励磁涌流带来的不利影响，首先需要避开涌流时变压器第1周期的充电过程，结果导致判别延时；其次，由于涌流
时铜耗很难精确计算，铁耗增加，整定不容易。而且，变压器外部故障时由于变压器流过较大的穿越电流，使变压器消耗较大的有功，其对差有功法的影响也不容忽视。
4．基于模糊逻辑的多判据法
该方法基于对现有励磁涌流识别算法的认识，借助模糊逻辑隶属度和权重的概念，综合了各判据的优点，使各判据之间取长补短。该方法弥补了严格依照精确定量判别涌流的不足，避免了“一票否决”，真正做到了“集思广益”，体现了智能化特点。
当前存在的励磁涌流与内部故障判别方法虽然种类繁多，但都不够完善，远不能满足电力变压器继电保护的要求。为此，加速研制新判据非常迫切与重要。科学地讲，由于变压器发生励磁涌流时磁路的饱和，变压器是一个非线性时变系统，其电压、电流并非线性相关，而是系统中独立的2个变量。所以，只有应用电压、电流2个状态变量同时表述变压器的运行状态，信息才具有完备性。就理论而言，存在2种途径判别变压器励磁涌流与内部故障：一种途径是抛开差动保护的思路，应用变压器电流、电压信息，从解决问题的开始就避开励磁涌流的问题，如基于变压器回路方程的算法消去了直接体现变压器铁心磁通的非线性项，从而避开了励磁涌流酌纠缠；另一种途径就是直面励磁涌流，寻求判别励磁涌流和内部故障的方法，这种途径应充分考虑励磁涌流时变压器铁心的非线性，如磁通特性法。此外，这一问题的解决还必须借助先进的科技识别手段，随着科学技术的发展，这一问题必将得到解决。
浅谈变压器励磁涌流产生机理（中英文结合）摘要：变压器作为交流电力系统重要的电气设备，其正常运行直接关系着系统的安全。差动保护作为变压器主保护，励磁涌流是影响其正确动作与否的关键因素之一。文章分析了变压器励磁涌流及其特点，以单相变压器为例，分析了励磁涌流产生的机理，并给出了常见的抑制措施。 Abstract: transformer as an important of communication power system electrical equipment, the normal operation of the system has a close relationship with safety. Differential protection for transformer main protection, excitation inrush current is one of the key factors affecting the correct operation or not. Excitation inrush current of transformer is analyzed and its characteristics of a single-phase transformer as an example, analyzed the mechanism of excitation inrush current, and the inhibition of common measures is given. 关键词：变压器励磁涌流二次谐波间断角 Keywords: transformer excitation inrush current second harmonic discontinuous Angle 1、变压器励磁涌流及特点 1, transformer excitation inrush current and the characteristic 变压器是一种依据电磁感应原理制造而成的静止元件，是交流输电系统中用于电压变换的重要电气设备。当合上断路器给变压器充电
三相变压器的励磁涌流和和应涌流的仿真 分析
三相变压器的励磁涌流和和应涌流的仿真分析 摘要:简单地介绍了PSCAD电磁仿真软件，论述了励磁涌流以及和应涌流产生的机理，搭建了仿真模型，得到了空载合闸时的涌流波形，并主要对影响励磁涌流的因素进行了分析研究，其结果与理论分析相吻合，表明利用PSCAD 能够有效地对变压器励磁涌流和和应涌流的仿真，为变压器保护的算法研究提供基础，最后提出了鉴别励磁涌流的新兴技术，进一步提高了电力系统的稳定性、可靠性，同时对智能电网的发展起到很大的促进作用。 关键词:PSCAD；励磁涌流；空载合闸；仿真研究 随着社会的不断发展，电力行业的飞跃进步的同时，电力变压器是发电厂和变电站中的主要电气设备, 对电力系统的安全稳定运行起着十分重要的作用[1]。但由于变压器空载合闸过程中所产生的励磁涌流以及和应涌流对继保产生的误动作使得电力系统稳定性遭到破坏，所以有必要对变压器励磁涌流进行分析研究，而PSCAD能够很好的对电力系统进行建模分析和研究，从而可以提高系统的稳定性和可靠性。 PSCAD是一款电磁暂态软件包，它由很多可视化模块组成，具有较完善的模型库，主要研究电力系统的暂态过程，对电力系统时域和频率进行快速而又准确的仿真分析[2-3]。 1 励磁涌流的产生机理 变压器正常运行和外部故障时不会饱和，励磁涌流一般不会超过电力系统稳定运行额定电流的2%-5%，从而对纵差动保护的影响可以忽略。当变压器空载投入或者外部故障切除后电压恢复时, 变压器电压从零或很小的值突然上升到运行电压。在这个电压上升的暂态过程中, 变压器可能会严重饱和, 产生很大的
变压器励磁涌流产生机理及抑制措施探讨论文范本 1、变压器励磁涌流及特点 变压器是一种依据电磁感应原理制造而成的静止元件，是交流输电系统中用于电压变 换的重要电气设备。当合上断路器给变压器充电时，有时候，能够观察到变压器电流表的 指针有很大摆动，随后，很快又返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常就被称为励 磁涌流。 总的来说，变压器励磁涌流有以下几个特点：第一，波形呈现尖顶形状，表明其中含 有相当成分的非周期分量和高次谐波分量，其中高次谐波以二次和三次为主，并且，随着 时间推移，某一相二次谐波含量可能超过基波分量的一半以上。第二，励磁涌流幅值与变 压器空载投入的电压初相角直接相关。对于单相变压器来说，当电压过零点投入时，励磁 涌流幅值最大。由于三相变压器各相间有120度相位差，所以涌流也不尽相同。第三，在 最初几个波形中，涌流将出现间断角。第四，涌流衰减的时间常数与变压器阻抗、容量和 铁心材料等都相关。 2、励磁涌流产生机理 变压器励磁涌流是由变压器铁心饱和引起的。在铁心不饱和时，铁心磁化曲线的斜率 很大，励磁电流近似为零;一旦铁心出现饱和，磁化曲线斜率变小，电流随着磁通线性增长，最终演变为励磁涌流。 下面以单相变压器空载合闸为例分析励磁涌流产生机理。设变压器在时间t=0时合闸，则施加于变压器上的电压为： 1 又，变压器电压与磁通间的关系为： 2 故： 3 式3中第一式为稳态磁通，后两式为暂态磁通，为铁心剩磁，与合闸时刻的电压相关。 计及成本和工艺，现代常用的`电力变压器饱和磁通一般设为1.15～1.4，而变压器运行电压一般不应超过额定电压的10%。因此，变压器稳态正常运行时，磁通不会超过饱和 磁通，铁心也不会饱和。但在暂态过程中，如变压器空载合闸时，由于剩磁的作用，运行 磁通就有可能大于饱和磁通，从而造成变压器饱和。例如，最严重的是电压过零时刻，合闸，假若此时铁心的剩磁，非周期磁通为经过半个周期后，磁通达到，将远大于饱和磁通，造成变压器严重饱和。 3、抑制措施
什么是励磁涌流？ 变压器励磁涌流是：变压器全电压充电时在其绕组中产生的暂态电流。变压器投入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时，其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量，因此产生极大的涌流，其中最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍。励磁涌流随变压器投入时系统电压的相角，变压器铁芯的剩余磁通和电源系统地阻抗等因素而变化，最大涌流出现在变压器投入时电压经过零点瞬间（该时磁通为峰值）。变压器涌流中含有直流分量和高次谐波分量，随时间衰减，其衰减时间取决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为5-10秒，小容量变压器约为0.2秒左右。 1 概述 变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器，用于把低电压变成高电压或把高电压变成低电压，是交流电输配系统中的重要电气设备。当变压器合闸时，可能产生很大的电流，本文主要论述该电流的产生和影响。 2 励磁涌流的特点 当合上断路器给变压器充电时，有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大，然后很快返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常称之为励磁涌流，特点如下： 1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。 2)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。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过(0.25～0.5)In。 3)一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。 4)励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8～10倍。当整定一台断路器控制一台变压器时，其速断可按变压器励磁电流来整定。 3 励磁涌流的大小 3.1 合闸瞬间电压为最大值时的磁通变化
:励磁涌流对HTR-PM主变压器差动保护影响分析 摘要：本文重点介绍HTR-PM 220kV主变压器差动保护原理，通过对220kV 倒送电期间主变压器五次空载冲击合闸励磁涌流波形进行深入分析，介绍励磁涌流基本特征，以及励磁涌流对变压器差动保护的影响，并给出我厂变压器所配置差动保护励磁涌流闭锁原理。 关键词：变压器差动保护、变压器空载合闸励磁涌流、励磁涌流闭锁原理 1、前言 主变压器是核电厂与电力系统之间联系的重要设备，机组正常并网运行时，核电机组所发电能通过主变压器变换升压后输送给电力系统（地网和省网），但在核电厂建设和调试期间，需要通过主变压器向核电厂反供电（倒送电）以作为安装调试阶段第二路电源。主变压器发生故障，不仅影响核电机组的安全稳定运行，给核电厂带来重大经济损失，而且影响电力系统的稳定，可能造成大面积停电。因此，必须配置性能良好，功能完善的保护装置。 根据《继电保护及自动装置设计技术规程》（DL400-91）的规定，大型电力变压器应装设反映变压器绕组和引出线多相短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的纵联差动保护作为电量主保护。 但是，变压器在正常运行时由于励磁电流、带负荷调压、两侧差动TA的变比误差等导致存在很大的不平衡电流；由于超高压、大容量变压器接线方式，例如HTR-PM 220kV主变为YnD11接线方式，变压器两侧电流相位相差30，导致出现不平衡电流；空载变压器合闸时可能产生励磁涌流，多次测量表明：空投变压器时的励磁涌流通常为额定电流的2-6倍，最大可达8倍以上，由于励磁涌流只由充电侧流入变压器而不流经其他侧，对变压器纵差保护而言是很大的一项不平衡电流。 2、变压器差动保护原理 变压器纵差保护的构成原理是基于克希荷夫第一定律，即 I=0（2-1） 式中I=0为主变压器高低压侧电流的向量和，主变高低压侧CT为减极性配置，见图1。
变压器励磁涌流抑制技术研究 发表时间：2018-10-17T14:36:31.510Z 来源：《电力设备》2018年第19期作者：李鹏飞薛彬张家瑛 [导读] 摘要：空载运行时，变压器的工作电流基本上用以励磁，其数值往往不大，与额定电流相比，仅仅为0.35%一10%，但空载合闸时，会伴随很大的电流，经一段时间后才会达至稳态，与额定电流相比，其最大值可达至6-8倍，称之为励磁涌流。 （国网山西省电力公司检修分公司山西省 030032） 摘要：空载运行时，变压器的工作电流基本上用以励磁，其数值往往不大，与额定电流相比，仅仅为0.35%一10%，但空载合闸时，会伴随很大的电流，经一段时间后才会达至稳态，与额定电流相比，其最大值可达至6-8倍，称之为励磁涌流。励磁涌流严重影响着电气设备、电网等，造成的破坏不容忽视，抑制励磁涌流成为当下研究的主流。 关键词：变压器；励磁涌流；抑制技术 1励磁涌流的分析 1.1励磁涌流的特点 励磁涌流特点鲜明，与短路电流有很大的区别，总结其特点可更好地认识励磁涌流。运用MATLAB这一仿真工具，与磁通表达式相互配合，模拟单相变压器空载合间时励磁涌流的相关情况，通过观察并分析其电流波形，总结励磁涌流的特点。励磁涌流的特点：（1）与额定电流相比，其幅值可达至6-8倍，数值与短路电流差不多。（2）波形呈现尖顶状，谐波和非周期分量含量很高，较其它谐波，二次谐波大且偏离时间轴。（3）波形有间断角，其大小与电压初相角、剩磁、饱和磁通均有关联。在实际应用中，电流互感器的饱和可能使间断角由有到无，影响励磁涌流的判别，监测励磁涌流应选择一定裕度的监测工具。（4）波形呈指数衰减，衰减常数与变压器的类型有关。小型衰减较快，而大型较慢。理论上来说，励磁涌流的衰减时间常数与暂态磁通的衰减时间常数相同。 1.2励磁涌流的危害 （1）数值很大，一般会超出继保装置的整定值，造成装置误动，使得变压器无法正常投入运行。 （2）从相同的母线引出的几个电站，当某一电站发生这一状况时，因为存在“和应涌流”，容易引起鄉近电站运行的变压器发生误跳间，造成整个片区停电。 （3）电动力与励磁涌流的数值有关，过高的电动力容易引起绕组及断路器受损。 （4）合闽时存在操作过电压，危害设备。 （5）造成互感器产生饱和现象，使检测精度进一步下降，提升了保护装置的误动率。 （6）大量谐波和非周期分量严重污染电网。 总体而言，励磁涌流的存在影响电气设备的正常工作，影响电力系统的安全，严重时会损坏电气设备，造成电力系统的崩溃，带来安全隐患和经济损失。 2励磁涌流的抑制技术 2.1内部采取抑制措施 内部措施从变压器结构入手，需要重新配置变压器，甚至重新设计变压器。大量更换变压器比较繁复、极不经济，励磁涌流抑制技术在外部采取进行是很好的选择。 2.2外部采取抑制措施 外部措施从变压器线路入手，有内插电阻法、合闸回路串电阻法、低压侧并联电容器法、软后动法、预充磁绕狙法和选相合间技术等。 2.2.1内插电阻法 内插电阻法主要用于带中性点的三相变压器，将电阻串接在中性点处。因励磁涌流一般无法达到平衡，此电阻起到衰减的作用。接地电阻接于中性点，在合间结束后可用旁路断路器予以切除。此电阻除了承受不平衡电流，还减小电压，防止铁也发生饱和。用此方案时，断路器可选用规格较低的或者不用。三相同时合间时，励磁涌流基本平衡，内插电阻法所起的作用很小，但当先合一相，而后合另外两相时，励磁涌流均会发生很大程度的衰减，抑制效果明显。 2.2.2合闸回路串电阻法 合闸回路串电阻法主要改变合闽回路的电阻，在变压器空载合间时投入电阻，抑制磁通的幅值，增加衰减速度。合闸回路串电阻法可以减小磁通幅值、低压侧并联电容器法可以去磁，将两种方法配合使用具有很好地效果。改进的合闸回路串电阻法就是在串联电阻的基础上串联电容，从而减弱磁通幅值、减小励磁电感。 2.2.3软启动法 软启动法通过软启动器调整一次侧电压，尽可能减小合闸时的电压，依据设定曲线逐渐将电压提升至额定电压。软启动器的实现可依据可控硅相角触发技术，预先设定的曲线针对具体的变压器，具有单一性。 2.2.4预充磁绕组法 预充磁绕组法是在给变压器增加充磁绕组，用以改变变压器的磁通，让变压器合闸时的工作点处于膝点以下。具体实施时利用充磁绕组改变剩磁，以减弱合成磁通。预充磁绕组法额外增加充磁绕组，其实现比较麻烦，剩磁也难以控制精确，造成磁通的弱化具有一定的随机性。预充磁绕组法要与其他方法相互结合才能够真正有效地减小励磁涌流。 2.2.5选相合闸技术 选相合闸技术按照磁通变化情况及合闸时剩磁大小，合理控制电压投入时的初相角，在直流偏磁和剩磁极性不一致时准确投运。针对单相变压器，一般选择偏磁为零的电压角进行合闸，即峰值点90o或270o。针对三相变压器，具体有三种合闸策略：一是快速合闸策略，二是延时合闸策略，三是同步合闸策略。快速合闸是指一相先合闸，其余两相在其磁通与剩磁抵消时合闸，三相在一个周期内完成合闸。延时合闸策略是指一相选择直流偏磁与剩磁相互抵消时先合闸，经过铁心磁通的平衡效应，大约2-3个周期后，剩余两相同时合闸，合闸时刻为首合闸相的电压过零点。目前延迟合闸策略与中性点串电阻法、合闸回路串电阻法配合使用，抑制效果有了进一步提升。快速合闸策略和延迟合闸策略均对剩磁要求苛刻，快速合闸策略要预先检测所有剩磁且要求剩余两相合闸时剩磁相互抵消，延迟合闸策略要预先检测首
变压器励磁涌流的抑制 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。 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
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。 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——
变压器空投励磁涌流产生的原因 当变压器空载合闸时会产生励磁涌流，设系统电压 )sin(211a wt U u += 由dt d N u e Φ -==1 1得： 在合闸瞬间在变压器铁芯中产生的磁通： )] cos([cos a wt a m +-Φ=Φ， 其中1 1 2wN U m = Φ 1）2 ,0π = =a t 时合闸： wt m sin Φ=Φ，马上进入稳态运行，没有励磁涌流。 2）0,0==a t 时合闸： '''cos ]cos 1[Φ+Φ=Φ-Φ=-Φ=Φwt wt m m m 从t=0经过半个周期w t π = ,Φ达最大值，m Φ=Φ2max 。可达稳态量2倍， 此时励磁电流f i 可达额定励磁电流100倍，即： Nf f i i 0100= 而额定励磁电流约等于额定电流的3%，即： N Nf i i %30= 所以：N f i i 3=。 而这是在变压器没有剩磁的理想情况下推出的结论，如果变压器有剩磁时合闸，励磁涌流会更大，可达10倍额定电流。 当空载合闸时励磁涌流只出现在高压侧，这样会产生很大的差动电流，引起差动保护误动。 励磁涌流原理图 U1
图6-3 变压器励磁涌流的产生机理 t u ? μ I μ I φ (a) 稳态情况下磁通与电压的波形 (b) 在电压为零瞬间合闸时,磁通与电压的波形 (c) 变压器铁芯的磁化曲线 (d) 励磁涌流的波形
励磁涌流识别方法二：波形识别 在RCS-978微机变压器保护中采用的方法是当+>S K S b 且t S S >时开放保护。式中S 是差动电流的全周积分值，在每周采样24次的情况下 ∑∑=-=0 23 m m S I T S 。+S 是相距半周的差动电流瞬时值之和的全周积分值，∑∑∑+=-=-+023 m 12m m S I I T S 。b K 为大于1的常数。 当差动电流中没有励磁涌流而是短路电流且波形是对称的话，相距半周的差动电流瞬时值之和是零，其全周积分值+S 也为零。而差动电流的全周积分值S 很大，满足+>S K S b 条件可以开放保护。当差动电流中有励磁涌流时，波形是不对称的，相距半周的差动电流瞬时值之和很大，其全周积分值+S 也很大。尽管差动电流的全周积分值S 也很大，但仍不能满足+>S K S b 的条件从而将保护闭锁。加t S S >的条件是为了在正常运行时不开放纵差保护。因为正常运行时差动电流很小近似为零。所以S 和+S 也都近似为零可能能满足+>S K S b 条件。所以另加t S S >条件。式中t S 是门槛值，d e t I I .S α+=10。其中e I .10为固定门槛，e I 是TA 二次额定电流。d I α为浮动门槛，d I 是差动电流的全周积分值。正常运行时S 很小不能满足本条件。
变压器励磁涌流 励磁涌流（inrush current)的发生，很明显是受励磁电压的影响。即只要系统电压一有变动，励磁电压受到影响，就会产生励磁涌流。在不同的情况下将产生如下所述的初始（initial inrush)、电压复原（recovery inrush)及共振（sympathetic inrush 共感）等不同程度的励磁涌流。其瞬时尖峰值及持续时间，将视下列各因素的综合情况而定，可能会高达变压器额定电流的8~30倍。 变压器的容量、变压器安装地点与大电源的电气距离、电力系统容量的大小、由电源至变压器间电力系统的时间常数L/R值、变压器铁心特性及其设计时所用饱和磁通密度值、加压操作前变压器的剩磁值（residual flux残磁值）、加压操作时瞬间电压的相位角度。 1、励磁起始涌流（initial inrush) 当开始加压于变压器的最初瞬间，一瞬态性的励磁涌流，将由电力系统涌入变压器。在此情况下所产生的励磁涌流，称之为励磁起始涌流（initial inrush)。在停用变压器时，即使系统电压已被切断，而变压器的励磁涌流也已降为零，即ie=0时，但其铁心中的磁通并不随之降为零，而是沿着铁心的磁滞特性环（hysteresis loop），回降至某一程度的剩磁值（residual flux残磁值）。该值的大小与系统条件及操作情况均有关联。今假设变压器在上次断电时其剩磁值为ΦR，而当变压器再次操作电压时，其瞬间电压所产生的磁通波形恰与ΦR 连接。且平滑地持续以前的磁通波形继续下去。在此情况下的励磁涌流将无瞬态励磁过程。 假设当再次加电压于变压器的瞬间，其磁通值发生在磁通波形的（负）最大值处（－Φmax)。而此时的剩磁ΦR却为正值，且剩磁不会瞬间立刻消失。是以由加电压操作所新建的磁通波形不会是从其（－Φmax）值开始，而是从ΦR值开始。在此情况下产生的励磁涌流，将有极大的瞬态现象。 但由于断路器的投入时间是无法控制，所以实际上类似上面所说的无瞬态励磁过程几乎是不可能的。典型的励磁电流，其波形在最初数周内衰减甚速，然后逐渐减慢，其衰减速度是与电源系统的时间常数值（L/R）有关。即（L/R）值愈高衰减愈慢。故容量较大的变压器（L值相对较大），或变压器临近电源及发电机（R相对值较小）者，其励磁涌流衰减均较缓慢。事实上系统时间常数的L值并非固定，而是随变压器的饱和程度发生变化。在开始的数周波内饱和程度较高，L 值较小，故衰减较快。由于电阻在系统中起阻尼作用，而降低饱和的程度，L 值较大，故衰减变的缓慢。有时要经数秒甚至几分钟后才会衰减到正常值。 2、电压恢复涌流（recovery inrush) 当变压器外部故障清除后，在电压恢复至正常值的过程中，也会引起励磁涌流的现象。此种励磁涌流称为电压复原涌流（或再生涌流）。因在外部故障时变压器仍是部分加压，故一般的电压复原涌流均不如励磁起始涌流的严重。
励磁涌流 励磁涌流（inrush current)的发生，很明显是受励磁电压的影响。即只要系统电压一有变动，励磁电压受到影响，就会产生励磁涌流。 在不同的情况下将产生如下所述的初始（initial inrush)、电压复原（recovery inrush)及共振（sympathetic inrush 共感）等不同程度的励磁涌流。其瞬时尖峰值及持续时间，将视下列各因素的综合情况而定，可能会高达变压器额定电流的8--30倍。 变压器在合闸充电时，由于变压器的电感性加上合闸瞬间供电电压的相角不确定性会使充电存在最大7-9倍的涌流（大型变压器）。原因就是电感电流不能突变，合闸前电流为零，根据u=L*di/dt。如果合闸时电压（正玄）最大时则可以平稳过渡。一旦不在此相位，特别在过零位电压时由于电网的能量非常巨大，在短时能，必然产生巨大的电流强迫变压器电流过渡到正玄波形。这就有个涌流过程。彻底防治就需要合闸相角控制，当然是三相分相控制了。简单预防则是开关串电阻。其实也挺麻烦。 目录[隐藏] 1 概述 2 励磁涌流的特点 3 励磁涌流的大小 4 励磁涌流的影响 1 概述 变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器，用于把低电压变成高电压或把高电压变成低电压，是交流电输配系统中的重要电气设备。当变压器合闸时，可能产生很大的电流，本文主要论述该电流的产生和影响。 2 励磁涌流的特点 当合上断路器给变压器充电时，有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大，然后很快返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常称之为励磁涌流，特点如下： 1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，主要是偶次谐波，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。
摘要：合空载电力变压器时会产生数值相当大的励磁涌流，易造成变压器差动保护装置的误动作。针对这一问题，介绍了两种削弱励磁涌流的方法：控制三相合闸时间或在变压器低压侧加装电容器。理论分析和实践均证明这两种方法是行之有效的，但利用控制三相合闸时间来削弱励磁涌流在实际应用中更具有潜力。 关键词：励磁涌流；变压器；控制开关；电容 1概述 电力变压器在空载合闸投入电网或外部故障切除后电压恢复时，由于变压器的非线性，会产生数值相当大的励磁涌流，严重情况下其峰值可达额定电流的10到20倍［1］，从而导致变压器保护的误动作。为了解决这一问题，目前变压器的差动保护都采用了或门制动方式，即三相电流中有一相制动，则三相全部制动。这样虽解决了涌流时的误动问题，但当变压器有涌流时，如果发生单相或两相内部故障，差动保护因健全相的涌流制动而不动作。大型变压器时间常数都很长，一般涌流过程超过5 s［2］，在发生上述故障时，主保护等到振荡消失才能动作，实际就是拒动。理论分析和动模试验都证实了这种现象。为了保证差动保护装置的正确动作，必须要降低励磁涌流的幅值。目前，削弱励磁涌流的方法主要有两种：控制三相开关合闸时间，或在变压器低压侧并联电容器。本文将对这两种方法的原理、效果一一介绍。 2控制三相开关合闸时间以削弱励磁涌流 2．1理论基础 该方法的理论基础是：将变压器看作一个强感性负载，即看作一个非线性电感，当合闸时，变压器上的电压在变压器内部也产生一个磁通，当变压器有剩磁时，合闸后所产生的磁通如果和剩磁极性相同，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而增加，从而励磁涌流也会随之增加，如果合闸后所产生的磁通和剩磁极性相反，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而减小，从而削弱了励磁涌流；如果合闸时变压器内无剩磁，则可在合闸角为90°（即电压峰值时）时合闸，这样在变压器内产生的磁通最小，产生的励磁涌流也最小。在单相变压器中，可以很容易地分析出如下结果。假设单相变压器无漏抗，电源为无穷大，如图1所示：
变压器上一合上额定电压与额定频率的电源时，在空载的变压器合闸间，处于过渡过程的非对称合闸空载电流叫激磁涌流，作用时间很短，逐渐衰减到稳态空载电流，涌流峰值按指数曲线衰减，其时间常数为合闸侧绕组电感量与电阻量之比。小容量变压器在涌流时间常数较小，即很快过渡到稳态空载电流，而大容量变压器的涌流时间较大，要有一过程才过渡到稳态空载电流。 如果这个过程不导致变压器过流动作，一般没什么影响，如果导致变压器过流动作的话，一个可以适当增加过流动作电流，第二个重新投运一次。 当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时、变压器可能出现数储很大的励磁电(又称为励磁涌流＞。这是因为在稳态工作情况下，铁心中的磁通应滞后于外加电压90°，如果空载合闸时，正好在电压瞬时值U＝0时接通电路，则铁心中应该具有磁通-Φm。但是由于铁心中的磁通不能突变，但此，将出现一个非周期分量的磁通+Φm。这样在经过半个周期以后，铁心中的磁通就达到2Φm，。如果铁心中还有剩兹通Φs，则总磁通将为2Φm +Φs，?吨，此时变压器的铁心严重饱和,励磁电流IL将剧烈增大，此电流就称为变压器的励磁涌流ILY．其数值最大可达额定电流的6—8倍，同时包含有大量的非周期分量和高次谐波分量，励磁涌流的大小和衰减时间，与外加电压的相位、铁心中剩磁的大小和方向、电源容量的大小、回路的阻抗以及变压器的容量的大小和铁心性质等都有关系。例如，正好在电压瞬时值为最大时合闸，就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。对三相变压器而言．无论在任何瞬间合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流 变压器线圈中，励磁电流和磁通的关系，由磁化特性决定，铁芯愈饱合，产生一定的磁通所需要的励磁电流愈大。由于在正常情况下，铁芯中的磁通就已饱合，如在不利条件下合闸，铁芯中磁通密度最大值可达两倍的正常值，铁芯饱和将非常严重，使其导磁数减小，励磁电抗大大减小，因而励磁电流数值大增，由磁化特性决定的电流波形很尖，这个冲击电流可超过变压器额定电流的6--8倍。所以，由于变压器电、磁能的转换，合闸瞬间电压的相角，铁芯的饱合程度等，决定了变压器合闸时，有励磁涌流，励磁涌流的大小，将受到铁芯剩磁与合闸电压相角的影响。 1 低压电网短路电流的特点 低压电网发生短路时，电网运行将由正常工作状态过渡到短路状态，其短路电流曲线如图1 所示。
变压器励磁涌流特点及控制技术 【摘要】本文分析了变压器励磁涌流及其特点，以单相变压器为例，分析了励磁涌流产生的机理，并给出了有效的控制技术。 【关键词】励磁涌流；二次谐波；变压器 1 变压器励磁涌流概念及特点 变压器是交流输电系统中用于电压变换的重要电气设备，是一种依据电磁感应原理制造而成的静止元件。当合上断路器给变压器充电时，有时候，能够观察到变压器电流表的指针有很大摆动，随后，很快又返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常就被称为励磁涌流。 变压器励磁涌流有以下几个特点：第一，波形呈现尖顶形状，表明其中含有相当成分的非周期分量和高次谐波分量，其中高次谐波以二次和三次为主，并且，随着时间推移，某一相二次谐波含量可能超过基波分量的一半以上。第二，励磁涌流幅值与变压器空载投入的电压初相角直接相关。对于单相变压器来说，当电压过零点投入时，励磁涌流幅值最大。由于三相变压器各相间有120°相位差，所以涌流也不尽相同。第三，在最初几个波形中，涌流将出现间断角。第四，涌流衰减的时间常数与变压器阻抗、容量和铁心材料等都相关。 2 励磁涌流产生原因 变压器励磁涌流是由变压器铁心饱和引起的。在铁心不饱和时，铁心磁化曲线的斜率很大，励磁电流近似为零；一旦铁心出现饱和，磁化曲线斜率变小，电流随着磁通线性增长，最终演变为励磁涌流。 计及成本和工艺，现代常用的电力变压器饱和磁通一般设为 1.15～1.4，而变压器运行电压一般不应超过额定电压的10%。因此，变压器稳态正常运行时，磁通不会超过饱和磁通，铁心也不会饱和。但在暂态过程中，如变压器空载合闸时，由于剩磁的作用，运行磁通就有可能大于饱和磁通，从而造成变压器饱和。例如，最严重的是电压过零时刻，合闸，假若此时铁心的剩磁，非周期磁通为经过半个周期后，磁通达到，将远大于饱和磁通，造成变压器严重饱和。 3 控制技术 对于现场中常用的三相电力变压器，防止变压器励磁涌流引起差动保护的措施主要有以下几类。 3.1 采用速饱和中间变流器 差动保护按照躲开最大不平衡电流进行整定时，带速饱和原理的差动保护能
三相变压器的励磁涌流和和应涌流的仿真分析 摘要: 简单地介绍了PSCAD 电磁仿真软件，论述了励磁涌流以及和应涌流产生的机理，搭建了仿真模型，得到了空载合闸时的涌流波形，并主要对影响励磁涌流的因素进行了分析研究，其结果与理论分析相吻合，表明利用PSCAD 能够有效地对变压器励磁涌流和和应涌流的仿真，为变压器保护的算法研究提供基础，最后提出了鉴别励磁涌流的新兴技术，进一步提高了电力系统的稳定性、可靠性，同时对智能电网的发展起到很大的促进作用。 关键词:PSCAD ；励磁涌流；空载合闸；仿真研究 随着社会的不断发展，电力行业的飞跃进步的同时，电力变压器是发电厂和变电站中的主要电气设备, 对电力系统的安全稳定运行起着十分重要的作用[1]。但由于变压器空载合闸过程中所产生的励磁涌流以及和应涌流对继保产生的误动作使得电力系统稳定性遭到破坏，所以有必要对变压器励磁涌流进行分析研究，而PSCAD 能够很好的对电力系统进行建模分析和研究，从而可以提高系统的稳定性和可靠性。 PSCAD 是一款电磁暂态软件包，它由很多可视化模块组成，具有较完善的模型库，主要 研究电力系统的暂态过程，对电力系统时域和频率进行快速而又准确的仿真分析[2-3] 。 1 励磁涌流的产生机理 变压器正常运行和外部故障时不会饱和，励磁涌流一般不会超过电力系统稳定运行额定电流的2%-5%，从而对纵差动保护的影响可以忽略。当变压器空载投入或者外部故障切除后电压恢复时, 变压器电压从零或很小的值突然上升到运行电压。在这个电压上升的暂态过程中, 变压器可能会严重饱和, 产生很大的暂态励磁电流。这个暂态励磁电流就是励磁涌流[4]。变压器产生的励磁涌流最大可能会达到额定电流的4~8倍，并与变压器的额定容量有关。而和应涌流一般发生在两台变压器上，当一台变压器空载合闸时对另一台变压器励磁涌流的影响，产生的过程大致可分为两种：一种是两台变压器串联，当末端变压器空载合闸时，另一台变压器可能产生和应涌流；另一种是两台变压器并联，当一台变压器合闸时，另一台可能会产生和应涌流[5]，为分析简便，以单相变压器为例来说明励磁涌流产生的机理。设变压器绕组端电压为 m ()sin()u t U t ωθ=+ (1) 其中U m 为变压器端电压最大值，忽略漏抗和绕组的电阻，且令绕组匝数N =1，则有下式： ()d u t dt = Φ (2) 当变压器空载合闸时，变压器铁芯中的磁通为 c ()(s )o m u t dt t C ωθΦ=Φ+-=+? (3) 其中Φm 为变压器磁通的最大值，C 为常数， m m U ω Φ= (4) 当变压器空载合闸瞬间时铁芯中的剩磁为Φr ，则积分常数为 cos()m r C θ=Φ+Φ (5) 所以空载合闸时变压器铁芯中的磁通为 cos()cos()m m r t ωθθΦ=Φ++Φ+Φ- (6)
变压器励磁涌流产生机理及抑制措施 1、变压器励磁涌流及特点 变压器是一种依据电磁感应原理制造而成的静止元件，是交流输电系统中用于电压变换的重要电气设备。当合上断路器给变压器充电时，有时候，能够观察到变压器电流表的指针有很大摆动，随后，很快又返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常就被称为励磁涌流。 总的来说，变压器励磁涌流有以下几个特点：第一，波形呈现尖顶形状，表明其中含有相当成分的非周期分量和高次谐波分量，其中高次谐波以二次和三次为主，并且，随着时间推移，某一相二次谐波含量可能超过基波分量的一半以上。第二，励磁涌流幅值与变压器空载投入的电压初相角直接相关。对于单相变压器来说，当电压过零点投入时，励磁涌流幅值最大。由于三相变压器各相间有120度相位差，所以涌流也不尽相同。第三，在最初几个波形中，涌流将出现间断角。第四，涌流衰减的时间常数与变压器阻抗、容量和铁心材料等都相关。 2、励磁涌流产生机理 变压器励磁涌流是由变压器铁心饱和引起的。在铁心不饱和时，铁心磁化曲线的斜率很大，励磁电流近似为零；一旦铁心出现饱和，磁化曲线斜率变小，电流随着磁通线性增长，最终演变为励磁涌流。 下面以单相变压器空载合闸为例分析励磁涌流产生机理。设变压器在时间 t=0时合闸，则施加于变压器上的电压为： （1） 又，变压器电压与磁通间的关系为：（2） 故：（3） 式（3）中第一式为稳态磁通，后两式为暂态磁通，为铁心剩磁，与合闸时刻的电压相关。 计及成本和工艺，现代常用的电力变压器饱和磁通一般设为1.15～1.4，而变压器运行电压一般不应超过额定电压的10%。因此，变压器稳态正常运行时，磁通不会超过饱和磁通，铁心也不会饱和。但在暂态过程中，如变压器空载合闸时，由于剩磁的作用，运行磁通就有可能大于饱和磁通，从而造成变压器饱和。例如，最严重的是电压过零时刻，合闸，假若此时铁心的剩磁，非周期磁通为经过半个周期后，磁通达到，将远大于饱和磁通，造成变压器严重饱和。 3、抑制措施 对于现场中常用的三相电力变压器，防止变压器励磁涌流引起差动保护的措施主要有以下几类。 3.1 采用速饱和中间变流器 差动保护按照躲开最大不平衡电流进行整定时，带速饱和原理的差动保护能够减少非周期分量造成的保护误动，如BCH-2型就是一种增强型速饱和中间变流器的差动保护。这种差动保护的核心部分是带短路线圈的饱和中间变流器和差动电流继电器。短路线圈的存在使得在具有非周期分量电流时继电器的动作电流大为增加，从而提高了躲避励磁涌流和外部短路时暂态不平衡电流的性能。采用BCH-2型差动保护要注意短路线圈匝数的确定匝数愈多躲避涌流的性能愈好，但内部短路时继电器的动作延时就长。对中小型变压器，由于励磁涌流倍数大，内部故障时非周期分量衰减快，对保护动作要求又较低，一般选较大的匝数，而对大型变压器，内部涌流倍数小，非周期分量衰减慢，又要求保护动作快，则应
励磁涌流 1 概述 变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器，用于把低电压变成高电压或把高电压变成低电压，是交流电输配系统中的重要电气设备。当变压器合闸时，可能产生很大的电流，本文主要论述该电流的产生和影响。 2 励磁涌流的特点 当合上断路器给变压器充电时，有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大，然后很快返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常称之为励磁涌流，特点如下： 1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。 2)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。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过(0.25～0.5)In。 3)一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。 4)励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8～10倍。当整定一台断路器控制一台变压器时，其速断可按变压器励磁电流来整定。 3 励磁涌流的大小 3.1 合闸瞬间电压为最大值时的磁通变化 在交流电路中，磁通Φ总是落后电压u90°相位角。如果在合闸瞬间，电压正好达到最大值时，则磁通的瞬间值正好为零，即在铁芯里一开始就建立了稳态磁通，如图1所示。在这种情况下，变压器不会产生励磁涌流。 3.2 合闸瞬间电压为零值时的磁通变化 当合闸瞬间电压为零值时，它在铁芯中所建立的磁通为最大值(－Φm)。可是，由于铁芯中的磁通不能突变，既然合闸前铁芯中没有磁通，这一瞬间仍要保持磁通为零。因此，在铁芯中就出现一个非周期分量的磁通Φfz，其幅值为Φm。 这时，铁芯里的总磁通Φ应看成两个磁通相加而成，如图2所示。铁芯中磁通开始为零，到1/2 T时，两个磁通相加达最大值，Φ波形的最大值是Φ1波形幅值的两倍。因此，在电压瞬时值为零时合闸情况最严重。虽然我们很难预先知道在哪一瞬间合闸，但是总会介于上面论述的两种极限情况之间。 变压器绕组中的励磁电流和磁通的关系由磁化特性所决定，铁芯越饱和，产生一定的磁通所需的励磁电流就愈大。由于在最不利的合闸瞬间，铁芯中磁通密度最大值可达2Φm，这时铁芯的饱和情况将非常严重，因而励磁电流的数值大增，这就是变
变压器励磁涌流的危害及抑制策略 变压器是电力系统中非常重要的电力设备，其工作性能关乎整个系统的安全运行。文章详细分析了变压器励磁涌流及其特点，针对它给电力系统所带来的危害，提出了抑制的对策。 标签：变压器；励磁涌流；危害；抑制策略 1 引言 处在正常工作状态下的变压器，其励磁电流通常只有额定电流3%到8%，容量较大的变压器则不超过1%。图1为稳态状态下磁通与电压之间的关系，励磁回路中的电阻可以忽略，磁通滞后外加电压90°，因此建立了稳定的磁场来抵消外部电源磁场的变化。此时，铁心饱和程度较低，励磁电流很小。然而一旦变压器在空载情况下使用，受到变压器铁心饱和与铁心非线性的影响，励磁涌流将激增，这给变压器与电力系统的运行带来危害。所以，对变压器励磁涌流展开研究具有现实意义。 图1 稳态状态下磁通与电压之间的关系 2 励磁涌流产生机理 变压器是基于电磁感应原理的、适用于静态交流电力系统的一种重要电力设备。变压器在空载状态下合闸充电，能观察到电流表指针出现大幅度摆动，之后极快地恢复正常，指向正常的空载电流值，这个冲击电流一般被称作励磁涌流。 励磁涌流的产生与变压器铁心饱和程度密切相关。变压器处于空载状态进行合闸充电时，受到外加电压的影响，绕组磁场将在一定程度上发生变化。与此同时根据磁链守恒定律，绕组在磁路中将出现单极性偏磁情况。由于变压器铁心材料具有非线性的特征，为了与绕组磁场变化相抵，铁心饱和程度将发生变化。当铁心饱和程度较低时，铁心磁化曲线斜率极大，这时励磁电流极小。当铁心饱和程度较高时，其磁化曲线斜率极小，励磁电流随着磁通的增长而变大，最后变为励磁涌流。若变压器存在剩磁，并且极性绕组偏磁一样，就会减小变压器绕组的励磁电抗，从而出现巨大的励磁涌流。 3 励磁涌流的特点 磁化曲线斜率影响着变压器绕组的励磁电流与磁通之间的关系。铁心饱和程度越高，励磁电流越大产生的磁通也就越大，其磁通密度甚至能达到稳态状态下磁通密度的2倍以上。根据励磁涌流产生机理，可知励磁涌流的特点。 3.1 大量的高次谐波分量存在于励磁涌流中，其中二次与三次谐波占据大部分。根据基尔霍夫定律，励磁电流磁通的感应电压大小需与外部电压相同，目的