采用选相位关合技术消除变压器空载合闸的励磁涌流

变压器空载合闸励磁涌流抑制技术研究随着海洋石油越来越多的依托海底电缆电力组网进行边际油田开发，对电力组网的供电可靠性要求越来越高。

通常电力变压器空载合闸时会产生较大的励磁涌流，容易造成变压器差动保护装置和敏感电力电子元器件的误动作，影响电力系统的安全稳定运行等。

针对这一问题，本文运用MATLAB软件对相控开关模型进行仿真和對串并联电阻数学模型进行分析，得出加装相控开关能够明显的抑制投切大容量变压器时产生的涌流。

通过串并联电阻能够加快冲击电流的衰减速度，使得变压器保护装置可以躲过涌流引起的误动作时间。

标签：变压器;空载合闸;励磁涌流;MATLAB一、项目概述中国海洋石油某油田由一艘浮式储油轮和两个井口平台组成。

储油轮作为油田的供电中心，共设置三台透平发电机组，单台机组的额定容量为4632kW，额定功率因数0.8;两个井口平台只设置有应急发电机，正常生产用电由储油轮通过两台4000kV A，6.3/10.5kV的升压变压器升压，然后通过两根海缆（3x50mm2）分别向井口平台供电，至井口海缆长度分别为3km和4.8km，井口平台再通过两台并列运行的4000kV A，10.5kV/0.4kV的降压变压器为平台上用电设施供电。

平台电力系统黑启动时，储油轮上仅有一台透平发电机为井口平台供电，空载投入6.3/10.5kV升压变压器产生励磁涌流导致单台机组关停脱网，必须开启两台透平发电机组才能承受励磁涌流冲击，因此严重影响了油田供电恢复的效率，必须对变压器采取励磁涌流抑制措施，降低对电网的冲击。

二、变压器励磁涌流解决方案1.变压器励磁涌流变压器原边绕组接在交流电源上而副绕组开路时的运行方式叫做空载运行。

变压器二次侧空载时，副绕组流过的电流为0;一次侧流过的电流称为励磁电流，该励磁电流流过一次绕组产生主磁通。

当变压器空载关合上口断路器时，由于合闸相位的随机性以及变压器剩磁的影响，使得铁芯磁通迅速趋于饱和，从而产生幅值很大、频率很高的励磁涌流。

220kV变压器空载合闸励磁涌流及抑制措施分析董红磊摘要：随着我国经济建设的快速发展，我国电力行业发展迅速。

励磁涌流是变压器合闸电源时的一种暂态状况，所有三个相以及接地中性点都有可能出现涌流。

对变压器差动保护来讲，励磁涌流可视为一种差动电流。

暂态涌流并不属于故障条件，保护仍需制动，这是变压器差动保护设计时需考虑的重要因素。

随着电力变压器制造中新型硅钢性能的改进以及采用速度很快的差动继电器，励磁涌流现象变得更为突出。

关键词：220kV变压器；空载合闸励磁涌流；抑制措施引言我国电力行业发展至今已经取得了非常不错的成就。

变压器是电网中的重要设备，当变压器空载合闸时，会产生较大的励磁涌流，对电网的稳定运行造成不利的影响。

当变压器位于电网的直流系统附近时，励磁涌流会通过换流站传递到直流线路中，对直流线路的正常运行造成影响。

1励磁涌流产生机理及危害变压器铁芯的非线性饱和特性会导致其空载合闸时产生励磁涌流。

涌流的波形、大小和持续时间取决于许多特性因素，如变压器容量、绕组接法、合闸时电压的相位角、合闸绕组所在部位、铁芯的剩磁及磁化特性等。

励磁涌流仅流进变压器一侧的保护区（即实际电源侧），由于在差动保护看起来为真实的差动电流而使继电器动作。

励磁涌流主要分为：合闸涌流、合应涌流和恢复涌流。

其中，合闸涌流的本质是合闸的时候，变压器磁通不能突变。

由于合闸角、主变剩磁等原因，会导致主变磁通饱和，产生很大的励磁电流。

变压器纵差（分相差动）保护用来保护主变三侧，但是励磁涌流始终是纵差（分相差动）保护无法完全解决的问题，其原因在于用电量保护来保护磁联系的元件，必然存在缺陷。

励磁涌流主要危害：（1）可能引起变压器差动保护动作，造成投运失败，影响送电效率。

（2）数值大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电力过大而受损，连续冲击会降低变压器绕组机械强度，损坏电气设备。

（3）导致周边换流站直流换相失败或功率波动。

2励磁涌流对直流系统造成的影响为了研究直流系统附近的变压器空充产生的励磁涌流对其附近的交流电网以及直流电网造成的影响，以某市某直流线路A近区的电网为原型搭建了相应的电磁暂态模型并进行仿真计算。

变压器空载合闸励磁涌流成因及其抑制措施的实际应用发布时间：2022-02-16T04:05:29.433Z 来源：《中国电业》（发电）》2021年第16期作者：刘强陈江添刘从聪[导读] 当前变压器空载投运过程中，常出现合闸励磁涌流激增，导致变压器保护跳闸，本文分析励磁涌流形成原因及其影响，针对目前抑制涌流的方法，中性点串联阻抗法与选相合闸法两种策略进行说明对比。

通过实际案例对两种方法进行经济和技术方面的优劣分析，论证抑制励磁涌流的可行性，并从中确定最优解。

刘强陈江添刘从聪广东电网有限责任公司东莞供电局广东省东莞市 523530摘要：当前变压器空载投运过程中，常出现合闸励磁涌流激增，导致变压器保护跳闸，本文分析励磁涌流形成原因及其影响，针对目前抑制涌流的方法，中性点串联阻抗法与选相合闸法两种策略进行说明对比。

通过实际案例对两种方法进行经济和技术方面的优劣分析，论证抑制励磁涌流的可行性，并从中确定最优解。

关键词：励磁涌流；选项合闸法；中性点串联阻抗法；合闸初相角；暂态磁0引言变压器在电力网络中处于最重要的一环，其安全程度对整个系统的稳定运行及其关键。

伴随用电剧增，变压器规格与电压等级要求越来越高，投切的励磁涌流也越大[1]。

正常投运时，励磁电流为额定值的3%-5%，但在空载合闸投运或故障切除后恢复投切时，变压器的一次侧常出现较大涌流，其值会达到额定电流的6-8倍[2]，超额励磁涌流相应产生过大的电动力，对变压器线圈绕组产生冲击，导致油液面波动，引发瓦斯保护误动作，严重时造成电网区域性电力中断。

励磁涌流对变电站的影响需引起重视，采取合适的措施抑制涌流已成当务之急。

1.变压器涌流成因分析依据磁链守恒定律，在变压器合闸前，剩磁为绕组内的总磁通。

合闸过程中，系统施加电压形成稳态磁通，为阻止磁通突变，回路形成一个与稳态磁通大小一致方向相反的暂态磁通。

两者互相叠加，形成偏磁，偏磁在变压器内将会随着时间振荡衰减。

变压器空载合闸励磁涌流抑制技术研究变压器空载合闸励磁涌流抑制技术研究1 引言电力变压器在空载合闸投人电网时.由于变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料的非线性特性，会产生幅值相当大的励磁涌流. 由此可能导致变压器差动保护误动作.同时造成绕组变形，从而减少变压器寿命励磁涌流含有多个谐波成分及直流分量，这将会降低电力系统供电质量.同时涌流中的高次谐波对连接到电力系统中的敏感电力电子器件有极强的破坏作用。

励磁涌流是由于铁芯磁通饱和所引起的冲击电流，其大小与变压器等值阻抗、合闸初相角、剩磁大小、绕组接线方式、铁芯结构及材质等因素有关。

为了减小励磁涌流对电力系统的影响.通常采取在合闸回路串联电阻来限制涌流的幅值和暂态过程.但该方法增加了投资费用和操作的复杂性随着开关技术的发展，采取选相位关合l1.31技术，通过控制合闸时刻电压的初相角.使铁芯中的磁通在空载合闸时刻不发生突变，避免铁芯磁通的饱和，从而有效地抑制励磁涌流的暂态过程选相位关合技术合闸时刻与铁芯中的剩磁有关，由于剩磁很难测量，因此选相位关合技术在实际应用中还存在着问题。

笔者在分析串联电阻法和选相位关合技术原理的基础上，考虑剩磁对最佳合闸时刻的影响，提出一种抑制三相YN，d接法变压器励磁涌流的新方法。

2 基本原理变压器铁芯材料励磁特性具有非线性特性.见图l。

当铁芯磁通小于饱和磁通时，励磁电流很小。

若励磁电流i 随着磁通增加迅速增加。

为方便分析励磁涌流产生的原因，先以单相变压器为例，设合闸时刻铁芯中的剩磁为回路电压方程【I】为：其中：为变压器投入时刻电压初相角：为变压器绕组电阻：为变压器绕组电感。

式(2)中：一COS(tot+ )为稳态磁通，( +一旦tTI'cos )e 为维持t=0时刻磁通不能发生突变而产生的暂态磁通.这是一个衰减的非周期分量，衰减时间常数为兄当在电压过零时刻即初相角Ot=0时合闸，有最大磁通2 m+ 。

现代电力变压器在正常工作状态下磁通已接近饱和.当达到最大磁通～时，励磁电流将会成百倍地增长，其值可能达到额定电流的6～8倍.持续时间随着尺增加而缩短。

变压器空载合闸时的励磁涌流
变压器是电力系统中不可或缺的重要设备，它起着将电能从一
电压等级传输到另一电压等级的关键作用。

在变压器运行过程中，
空载合闸时的励磁涌流是一个非常重要的问题，它会对设备的安全
稳定运行产生影响。

励磁涌流是指变压器在空载合闸时，由于磁路突然饱和而产生
的瞬时大电流现象。

这种电流会导致变压器线圈和铁芯中产生过大
的磁场，从而引起变压器的震动和噪音，甚至可能损坏设备。

因此，励磁涌流对变压器的安全运行构成了潜在的威胁。

为了有效应对变压器空载合闸时的励磁涌流问题，我们可以采
取以下措施：
1. 采用先合闸后通电的操作方式，通过逐步增加励磁电流的方法，减小励磁涌流的影响。

2. 在设计变压器时，可以采用合理的磁路结构和材料，以减小
励磁涌流的大小。

3. 在变压器的运行控制系统中，设置合适的励磁控制装置，对励磁电流进行合理控制，以减小励磁涌流的影响。

4. 对变压器进行定期的检测和维护，及时发现和处理励磁涌流带来的问题。

总之，变压器空载合闸时的励磁涌流是一个需要引起重视的问题，只有通过科学合理的手段和措施，才能有效地减小励磁涌流的影响，确保变压器的安全稳定运行。

第46卷第8期电力系统保护与控制V ol.46 No.8 2018年4月16日Power System Protection and Control Apr. 16, 2018 DOI: 10.7667/PSPC170537选相关合技术抑制空载变压器励磁涌流的实验研究许家源1，华争祥1，朱苛娄1，方春恩2，李 伟2，肖 杨2，张彼德2(1.国网平高集团有限公司，河南 平顶山 467001；2.西华大学电气与电子信息学院，四川 成都 610039)摘要：针对随机关合空载变压器产生励磁涌流的问题，采用选相关合技术来抑制励磁涌流。

在分析选相关合空载变压器原理的基础上，研究了同时合闸策略、快速合闸策略和延时合闸策略下铁芯磁通的变化规律，并对比分析三种合闸策略的适用条件。

最后搭建选相投切10 kV空载变压器实验平台，对有无剩磁时不同关合相位下的励磁涌流进行分析。

实验结果表明：变压器铁芯无剩磁时，在电压峰值处合闸可以有效抑制励磁涌流；铁芯存在剩磁时，在电压峰值处合闸仍会产生励磁涌流。

因此，有必要预测铁芯剩磁以确定最佳合闸相位，实现空投变压器的无冲击平滑过渡。

关键词：励磁涌流；剩磁；选相关合技术；选相合闸策略Experimental research on inrush current suppression of unloaded transformersbased on the controlled switchingXU Jiayuan1, HUA Zhengxiang1, ZHU Kelou1, FANG Chunen2, LI Wei2, XIAO Yang2, ZHANG Bide2(1. State Grid Pinggao Group Co., Ltd., Pingdingshan 467001, China;2. School of Electrical and Electronic Information, Xihua University, Chengdu 610039, China)Abstract:Random energiziation of unloaded transformers may generate inrush current. In order to solve this problem, controlled switching technology is used for suppressing the inrush current. Based on the analysis of the principle of controlled switching of unloaded transformers, the changing laws of magnetic flux under circumstances of simultaneously, rapidly and delayed closing strategies are studied, and the applicable conditions of the three closing strategies are compared and analyzed. Finally, the test platform for controlled switching of 10 kV unloaded transformer is built and the inrush currents under different closing phases are analyzed when residual flux is zero or not. Tests results show that closing at the voltage peak can effectively reduce the inrush currents when the core has no residual flux; but inrush current still can be generated when the core has residual flux. Therefore, it is necessary to estimate the residual flux in order to obtain the optimal closing phase and realize the no impact transition of energizing unload transformer.This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 51477142) and Science and Technology Project of State Grid Corporation of China (No. 5229CG15003Q).Key words: inrush current; residual flux; controlled switching technology; controlled switching strategies0 引言电力变压器是电力系统中的核心设备，由于变压器励磁电感非线性以及铁芯磁通饱和特性，变压器在空投时会产生6~8倍额定电流的励磁涌流，涌流短时冲击变压器会引发变压器差动保护误动作，导致基金项目：国家自然科学基金项目资助(51477142)；国家电网公司科技项目资助(5229CG15003Q)；四川省教育厅项目资助(12ZB131)；省部共建教育部重点实验室项目资助(SBZDPY-11-13,14) 绕组电动力剧增、局部过热甚至形变；此外涌流中含有丰富的谐波成分，将降低电网供电质量[1-4]。

变压器空载合闸励磁涌流及其抑制措施随着低压隔离变压器容量的不断增大,空载合闸励磁涌流的危害愈发严重,甚至严重影响了大容量低压隔离变压器的应用。

由于变压器铁芯材料励磁特性具有非线性特性,当铁芯磁通低于饱和时也就是变压器处于处于空载的稳态运行时，励磁电流是十分小的,仅占额定电流的0.2%~1%。

但是,当变压器空载合闸时,就会收到变压器铁芯剩余励磁及当变压器刚刚进行初载合闸时初相角所带来的随机性,而导致铁芯磁通逐渐趋于饱和状态,产生较大幅度值的励磁涌流其最大的峰值甚至可以达到变压器标准额定电流的6~8倍。

发生如此大的励磁涌流,必然会造成电网电压的不断波动,造成变压器的继电保护错误动作,从而诱发操作过电压，给电力电气设备带来严重的安全隐患。

为了有效抑制变压器空载合闸产生的励磁涌流，可以采取以下5种措施：一、变压器低压侧并联电容法在变压器低压侧并联一定的电容，变压器低压侧产生的磁通与高压侧磁通极性相反，对主磁通起去磁作用，从而达到抑制励磁涌流的目的。

二、在变压器的输入端串联电阻变压器合闸时，在变压器的输入端与电网间串联适当电阻可以限制冲击电流，串联电阻法能有效限制合闸冲击电流。

三、控制三相开关的合闸速断由于合闸瞬间外施交流电压的峰值为最大值时，变压器不会产生励磁涌流的特点，通过控制三相开关合闸的角度抑制励磁电流。

四、内插接地电阻由于变压器空载合闸时三相励磁涌流不平衡，在三相变压器的中性点处连接一个接地电阻，来抑制变压器的励磁涌流。

五、在升压变低压侧安装变压器合闸涌流一体化抑制装置变压器合闸涌流一体化抑制装置是基于电感线圈遵循磁链守恒原理，在变压器内部无剩余磁通时，选择在电压峰值，磁通为0时合闸将有效的避免涌流的产生；而在变压器内部有剩余磁通时，若能得知剩磁的极性和数值，在预期磁通等于剩磁通电压角度合闸，将有效的避免涌流的产生。

了解了变压器空载合闸励磁涌流及其抑制措施，有助于抑制变压器励磁涌流。

时间有限，想要了解更多变压器励磁涌流知识与治理方法，期待您与小编下期不见不散。

大容量交流变压器励磁涌流及其抑制措施研究摘要：伴随着高压电网的快速发展，我国电网结构有了很大变化，电网互连对电力系统运行提出了严格要求。

变压器作为高压交直流输电系统核心设备，变压器投切操作成为电网运行常见现象。

结合变压器铁芯饱和特点，空载合闸、区外故障后切除时会出现不稳定、高谐波的励磁涌流，影响着系统运行。

对此，怎样抑制大容量交流变压器励磁涌流成为主要研究内容。

关键词：大容量交流变压器；励磁涌流；抑制措施；方法分析现阶段，常见抑制励磁涌流的方法有选相合闸、串电阻合闸、改变剩磁，但是这些方法都存在一定不足。

对此，本文立足于电网发展需求，对大容量变压器励磁涌流展开分析，制定抑制措施，保证交直流混联电网与系统运行稳定。

一、励磁涌流特点与影响因素（一）故障切除后恢复性涌流机理恢复性涌流指的是变压器出现故障问题后，故障切除后变压器电压由低至高到运行电压，电压上升的暂态时，变压器发生饱和出现较大励磁涌流。

变压器故障切除后电压恢复过程被认为与变压器空载合闸过程相同，事实上变压器故障切除后的电磁暂态过程有自身的特征。

（二）高压变压器与电磁暂态仿真模型高压变压器为单相、油浸、无励磁调压耦变压器，其结构为主体变压器与调压补偿变压器。

其中，主体变压器为单相、油浸式自耦变压器为单相五柱式、四柱式铁芯组成。

调压补偿变压器组成为油箱的中压中性点无励磁调压变压器及低压补偿变压器组成。

电磁暂态仿真模型有着不同形式的铁芯与非线性、频率相关的特征。

结合变压器复杂性特点与原理，提出了优化电磁暂态模型，例如：频率特性、铁芯磁饱和，现阶段已经在仿真软件中得到实现。

通常状态下，变压器模型可以分为线圈与铁芯，线圈是线性材料组成的、铁芯材料为非线性，二者具有频率关联性。

因为研究的变压器模型不一，因而需要注意方法也有着明显差异，例如：铁芯在铁磁谐振仿真中有着重要作用，但是在负载与短路计算中经常被忽视。

（三）系统短路容量与和应涌流影响因素系统抗组对变压器励磁涌流水平也有着重要影响，当电压源恒定时，结合电压和磁链间有着密切联系，回路总磁链不变，系统等值电抗发生变化，回路总电感发生变化。

变压器合闸励磁涌流的抑制方法研究摘要：本文探讨了变压器励磁涌流产生的原理及其因素，总结性的介绍了励磁涌流抑制技术以供同行参考！关键词：变压器；励磁涌流；抑制一般来说，变压器是通过直接合闸（在变压器二次绕组开路的情况下，把一次绕组接到电网称为空载合闸）与电源电压连接来励磁的，这种直接合闸有时会造成一种有电流冲击的瞬变现象，其冲击电流的峰值接近于或大于变压器的额定电流，以致引起自动保护动作。

在变压器合闸过程中发生的电流冲击称为励磁涌流，为了有效限制励磁涌流，防止保护装置误动作，通过分析说明与励磁涌流有关的几个因素。

在干式变压器设计时，注意防止励磁涌流。

1变压器励磁涌流产生原理及影响因素1.1产生原理当变压器空载合闸或外部故障排除后电压恢复时，由于铁芯中的磁通不能突变，变压器的铁芯将严重饱和。

此时在变压器线圈内将出现很大冲击电流，即励磁涌流。

变压器励磁涌流的大小与变压器铁芯的饱和程度密切相关，铁芯越饱和涌流就越大。

变压器空载合闸时的磁通为：Φ(t)= -Φmcos(ωt+α)+Φmcosα+Φr (1)式中：Φm为稳态时的磁通幅值，Φr为剩磁。

由式(1)知，流过变压器铁芯的实际磁通Φ(t)由3部分组成，其中：-Φmcos(ωt+α)为稳态磁通；Φmcosα为维持合闸时(t=0)磁通不能突变而产生的暂态磁通，如计及损耗，它应是非周期性衰减的；Φr是剩磁。

变压器是根据电磁感应原理制成的—种电器设备。

在电能—磁能—电能能量转换过程中，需要建立一定的磁场。

在建立磁场的过程中，变压器绕组中就会产生一定的励磁电流，而变压器铁芯的磁化特性决定了磁场和励磁电流的关系。

变压器铁芯越饱和，产生磁场所需要的励磁电流就越大。

励磁涌流是变压器在全电压充电时在其绕组中产生的暂态电流，最大峰值可达额定电流的6~8倍，它的大小与变压器投入时系统电压的相位角和铁芯中的剩磁以及系统的阻抗等因素有关。

涌流中的高次谐波分量和直流分量，衰减的时间取决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为5~10 s，小容量变压器约为0.2 s，见图1。