变压器磁路分析

变压器电磁场分析与控制方法与技巧随着电力系统的日益发展，变压器作为电力传输和配电的重要设备之一，其性能的稳定性和可靠性变得尤为重要。

在变压器运行过程中，电磁场是一个不可忽视的因素，因为它不仅对变压器本身产生影响，还可能对周围环境造成潜在危害。

因此，对变压器的电磁场进行分析和控制变得至关重要。

本文将探讨变压器电磁场分析的方法，并介绍一些控制方法和技巧。

一、变压器电磁场分析方法1. 有限元法有限元法是一种常用的分析变压器电磁场的方法。

该方法可以将复杂的电磁场问题离散化成一个个小的单元，通过对这些单元进行计算和求解，最终得到整个问题的解。

有限元法可以较准确地模拟变压器的电磁场分布情况，并根据计算结果来进行优化设计。

2. 等效电路法等效电路法是另一种常用的分析变压器电磁场的方法。

该方法将变压器的电磁场分布情况抽象成一个等效的电路模型，通过求解电路的参数来分析电磁场的强度和分布。

等效电路法相对于有限元法来说计算简化，但准确度相对较低，适用于快速评估变压器的电磁场情况。

3. 统计方法统计方法是一种通过大量样本对变压器电磁场进行分析的方法。

这种方法通过收集实际变压器的数据，并根据这些数据进行统计分析，得出电磁场分布的概率统计特性。

通过统计方法可以对不同情况下的变压器电磁场进行评估，为优化设计提供参考依据。

二、变压器电磁场控制方法与技巧1. 电磁屏蔽设计为了减少变压器电磁场对周围环境的干扰，通常采用电磁屏蔽设计。

该设计通过增加屏蔽材料和结构，将变压器的电磁场限制在一定范围内，避免对周围设备和人员产生不良影响。

同时，在设计变压器时可考虑将敏感部位进行屏蔽，进一步降低电磁场水平。

2. 地理位置选择变压器的地理位置选择也是电磁场控制的一个重要方面。

将变压器远离敏感设备和人员密集区域，选择开阔的场地和安静的环境，可以有效减少电磁场对周围环境的影响。

3. 线圈布局优化合理的线圈布局可以减少变压器的电磁场泄漏。

通过优化线圈的设计和布局，减少线圈之间的电磁相互影响，降低电磁场强度和分布。

三相变压器的磁路系统
现代电力系统都采用三相制，故三相变压器使用最广泛。

从运行原理来看，三相变压器在对称负载下运行时，各相电压、电流大小相等，相位互差12o0，因此，上一章对单相变压器的分析方法及其结论完全适用于三相变压器对称运行时的情况。

但三相变压器也有其特殊的问题需要研究，例如，三相变压器的磁路系统、三相变压器绕组的连接方法和联结组、三相变压器空载电动势的波形和三相变压器的不对称运行等。

此外，变压器的并联运行也放在本章讨论。

三相变压器的磁路系统可分为各相磁路独立和各相磁路相关两大类
把3个完全相同的单相变压器的绕组按一定方式作三相连接，便构成一台三相变压器组或三相组式变压器，如图3.1所示。

这种变压器的特点是各相磁路各自独立，彼此无关。

当原边接三相对称电源时，各相主磁通和励磁电流也是对称的由于三相芯式变压器三相磁路长度不同，即使外加三相对称电压，三相励磁电流也不完全
对称，中间铁芯柱的一相磁路较短，励磁电流较小。

但与负载电流相比，励磁电流很小，它的不对称对变压器负载运行的影响极小，伺服电机因此仍可看做三相对称系统。

由于变压器高、低压绕组交链着同一主磁通，当某一瞬间高压绕组的某一端为正电位时，在低压绕组上必有一个端点的电位也为正，则这两个对应的端点称为同极性端，并在对应的端点上用符号“·”标出。

绕组的极性只取决于绕组的绕向，与绕组首、末端的标志无关。

我们规定绕组电动势的正方向为从首端指向末端。

当同一铁芯柱上高、低压绕组首端的极性相同时，其电动势相位相同，如图3.3(.),(d)所示。

当首端极性不同时，高、低压绕组电动势相位相反.。

变压器励磁涌流引起线路差动保护误动分析变压器励磁涌流是指当变压器通电时，由于磁路的存在导致瞬态电流增大，这种瞬态电流称为励磁涌流。

励磁涌流一般在变压器通电后的几个周期内逐渐减小并趋于稳定。

然而，励磁涌流的存在可能会引起线路差动保护的误动，从而导致保护装置误动跳闸。

下面对这一问题进行详细分析：首先，励磁涌流引起线路差动保护误动的原因主要有两方面：1.励磁涌流造成的差动电流：当励磁涌流通过变压器的绕组时，会引起电流相位和大小的差别，形成差动电流。

这会导致差动保护动作，误判为线路故障。

2.励磁涌流带来的谐波电流：励磁涌流中常含有很多谐波成分，特别是2次和3次谐波。

这些谐波电流会经过线路的绕组，产生线路差动保护的误判。

其次，线路差动保护误动的分析主要从两个方面入手：1.励磁涌流的大小和减小趋势：首先需要了解励磁涌流的大小及其减小的趋势。

通过实际测量和计算分析，可以确定励磁涌流的大小，以及其在变压器通电后的几个周期内的变化情况。

这样可以为保护装置的调整提供参考依据。

2.励磁涌流引起的差动电流和谐波电流：其次需要计算励磁涌流引起的差动电流以及谐波电流。

可以通过建立励磁涌流的模型，计算励磁涌流对不同线路绕组的影响，得出相应的差动电流和谐波电流。

根据这些计算结果，分析差动保护装置可能的误动情况。

最后，根据上述分析，可以采取一系列措施来减小变压器励磁涌流引起的线路差动保护误动：1.调整保护装置的动作阈值：根据励磁涌流的特点和分析结果，适当调整保护装置的动作阈值，使其能够识别出真正的故障信号，并避免误动。

2.加装滤波器：通过在变压器的绕组或者线路的末端加装滤波器，可以有效地减小励磁涌流带来的谐波成分，从而避免谐波电流对差动保护的干扰。

3.优化变压器的设计：在变压器的设计和制造过程中，可以采取一些措施，如合理设置变压器的磁路和绕组结构，减小励磁涌流的大小和持续时间。

4.增加辅助保护手段：在线路差动保护的基础上，增加其他的辅助保护手段，如零序电流保护、过零保护等，可以提高差动保护的可靠性和准确性。

变压器励磁涌流问题分析及对策摘要：变压器是以电磁感应为原理基础的电气设备，在电气系统中起到关键调节作用，主要是通过转换高低压的形式和隔离交流电源的作用，使电气系统能够保持良好的运行状态，因此变压器运行的情况直接影响电气系统的运行。

当变压器受到励磁涌流的影响时，不仅会造成变压器的运行故障，也容易引发电气系统的运行异常，存在较大的安全隐患，且变压器产生励磁涌流造成的损伤也较为严重，使维修的难度和成本都有所提高。

本文变压器励磁涌流问题的原因和影响进行了深入分析，并提出了有效的处理对策，期望能够为保障变压器良好运行提供参考建议。

关键词：变压器；励磁涌流；问题分析；处理对策1.变压器励磁涌流的形成在变压器处于内部故障、外部故障和正常运行的情况下，变压器被认为运行在励磁曲线的线性段，在该区间内磁阻呈现大阻抗特性，正常运行时励磁电流很小，仅相当于正常电流的1%~2%。

但若变压器发生空投抑或发生区外故障切除时，由于磁通抵抗瞬时突变的特性，电压在恢复正常的过程中，磁通中突发出现的非周期暂态分量就会与剩磁发生叠加效应，共同导致变压器铁芯饱和，在其进入饱和区，励磁电流大小甚至可能超过10倍变压器额定电流，即形成励磁涌流。

励磁涌流是一种较为典型的尖顶波，非周期分量、谐波分量在其成分中所占比重较大。

而谐波分量尤以二次谐波和三次谐波较为显著，且其随时间的推移呈现增长态势，其所占二次谐波含量甚至可能超过基波含量的50%甚至以上。

变压器空载投入时的电压初相角、变压器的容量、变压器与电源间阻抗的大小、铁芯材料等因素都关系到励磁涌流的幅值和时间常数。

1.变压器励磁涌流问题分析励磁涌流的存在产生的破坏性影响较为研究。

不但会在变压器空载合闸时出现瞬间电流的短时增大，同时也能导致电流波形出现严重畸变、整个电网的电压也会因此迅速下降，此外，谐波污染也会相应的产生。

这些问题的出现终将导致一系列的严峻后果。

具体影响表现为：第一，引发继电保护误动作。

变压器的物理结构与磁路模型
普高（杭州）科技开发有限公司 张兴柱 博士
变压器是一个磁元件，它由磁芯和绕组组成。

一个最简单的变压器，其绕组有两个，它的物理结构如图1所示。

为了简化起见，变压器采用的铁芯假定为方形（图1(a)）或环形（图1(b)）。

同时假定两个绕组的匝数分别为n 1和n 2，绕组中的电流分别为i 1(t)和i 2(t)，方向按图中所示。

根据磁学原理，可判断铁芯中产生的磁通方向和绕组两端的感应电压方向，它们分别如图中所示。

(a) 方形铁芯 (b) 环形铁芯
图1： 单输出变压器的物理结构
由前面介绍的磁学基础知识可知，图1的磁元件，它的等效集中磁路如图2所示，
)(11t i n )
(22t i n
其中c R 为铁芯的磁阻，)(11t i n 和)(22t i n 分别为两个绕组的安匝数。

由等效磁路及磁路KVL 定律，可得方程：
2211i n i n R c +=Φ 后面将介绍如何根据上述方程，来获得理想变压器和实际变压器的等效电路模型。

1。