变压器剩磁产生的原因及危害

变压器剩磁产生的原因及危害

韩宁

（江苏丹诚信息科技有限公司南京210000）

摘要：变压器是电力系统中重要的电力设备，起着变换电能的重要作用。但是由于变压器需要做直阻试验，因而会产生剩磁，由于剩磁的存在，在全压充电时会产生励磁涌流，进而引起变压器的保护误动，进而造成变压器投运失败。

关键词：变压器剩磁产生原因危害

0引言

变压器是基于电磁感应原理的一种静止电器，用于将低电压变成高电压、或将高电压变成低电压，或隔离交流电源。电力变压器是电力系统中极其重要的电气主设备，它是否能正常工作直接关系到电力系统的连续稳定运行。如果变压器由于故障造成损坏，检修难度大、检修周期长、不但影响电力系统的正常运行，甚至会造成不可估量的经济损失和社会影响。但是，变压器的剩磁会造成变压器的保护误动，进而导致投运失败。

1剩磁产生的原因

1.1铁磁元件的电磁特性

一般来说，处于磁场中的铁磁元件，其磁感应强度B并不是磁场强度H的单值函数，而依赖于其所经历的磁状态。

图1铁磁材料的磁滞回线

如图1所示，对以磁中性状态为起始态，即H=B=0，当磁状态沿起始磁化曲线oabc磁化到C点附近时，此时磁感应强度B趋于饱和，曲线几乎与H轴平行，记此时的磁感应强度为Bs,磁场强度为Hs。此后若减小磁场，则从某一磁场((b点)开始，磁感应强度B随磁场强度H的变化偏离原先的起始磁化曲线，B的变化落后于H。当H减小至零时，B并不为零，而等于剩余磁感应强度Br。为使B减为零，需要另加一个反向磁场-Hcm，称为矫顽力。反向磁场继续增大到-Hs，时，铁磁元件的磁感应强度B沿反方向磁化到趋于饱和-BS。反向磁场减小并再反向时，按相似的规律得到另一支偏离反向起始磁化曲线的曲线fegbc。

于是，当磁场从Hs变成-HS，再从-Hs变成Hs时，铁磁元件的磁状态由闭合曲线cbde-fegbc描述。其中be与ef两段对应于可逆磁化，B为H的单值函数;而bdegb称为磁化回线，在此回线上，同一个H可对应于两个B值。

1.2变压器产生剩磁的原因

由图1可见，处于变化磁场中的铁磁元件，当磁场强度H为0时，其磁感应强度并不为0，而等于Br，通常称为剩余磁感应强度，简称剩磁。

变压器剩磁产生的主要原因是绕组直流电阻测量试验。直流电阻测量试验是以恒定电流让绕组饱和，然后测量得出绕组的直流电阻。在绕组饱和的过程中，铁磁元件经历的磁状态为一条类似于图1中的oabc。当直组测量结束以后，铁磁原件经历的磁状态为cbh，可以看出当直流电阻测试完成以后，变压器中变产生了剩磁。在进行直流电阻试验时，试验时间越长，试验电流越大，剩磁量也就越大。

剩磁实质上是铁磁材料磁滞损耗的一种表现。磁滞损耗是铁磁元件吸收电能并转化成磁能的结果，在交流回路中表现为铁损。也就是说，磁滞损耗是能量转换所形成的，因此与输入的功率和时间有关。即在绕组上输入的电功率越大，作用时间越长，剩磁量也就越大。这是导致变压器产生剩磁的根本原因。

2剩磁的危害

剩磁主要会引起差动保护和重瓦斯保护，而引起这两个保护的直接原因均为励磁涌流。

2.1励磁涌流

换流变全电压充电时,在其绕组中产生的暂态电流，即为励磁涌流。换流变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,其总磁通量可超过铁芯的饱和磁通量,因此产生了较大的涌流。

如图2所示，换流变在全电压充电的时的磁路图，图中u1为网侧输入电压，i1为侧绕组的电流，e为感应电压，根据电磁感应可以得到公式（1）。

（1）

其中r为绕组内阻。

图2换流变在全电压充电的时的磁路图

进而，可以得到公式（2）。

（2）

当换流变压器以及输入电压确定以后，可知，网侧绕组电流取决于感应电动势e，而e的大小取决于磁通的变化率，且与磁通变化率成正比。当变压器存在剩磁，且感应磁通与剩磁的方向一致时，那么磁通的变化率便会减小，进而导致感应电动势的值减小，最终导致电流i增大，根据数据表明此电流可以达到换流变压器额定电流的6-8倍，甚至更大。

2.2剩磁引起重瓦斯保护的机理

通过电流的导线周围有磁场，而磁场作用于其范围的铁磁物质使其受力，此力被称之为电动力。可见，变压器在全压充电时网侧绕组的电流越大，则电动力越大，进而导致变压器振动越大，此振动可以引起变压器内部绝缘油的涌动，进而导致瓦斯继电器油流挡板动作，最终接通重瓦斯的接点，使换流变闭锁。

2.3剩磁引起重差动保护的机理

剩磁产生的励磁涌流会对如3中红色方框内处的电流值产生影响，但是由于励磁涌流持续时间短，仅有数百微秒，故仅会引起差动保护，其他会引起的保护，比如过流保护其延迟时间都是秒级，不会引起保护的动作。

3案例分析

下面介绍上海某220kV变电站1号主变压器因剩磁引起的变压器重瓦斯保护，进而引起的主变投运不成功案例。

事故描述：按照检修计划，在对上海某220kV变电站1号主变压器进行一系列预防性试验后，该变压器各项电气试验数据均符合相关规程要求，可以投运。但待运行人员依照调度指令将该主变投运时，却出现变压器重瓦斯保护动作、开关跳闸等异常状况，主变投运不成功。

现场检查：通过检查，发现瓦斯继电器内无气体、其密封性能良好，观察窗内变压器油颜色正常，变压器本体和油枕无渗漏油现象，油温和油位指示正常，变压器油色谱检查也未见异常。

事故分析：经过分析，初步怀疑引起变压器跳闸的原因:变压器在进行直流电阻试验时，选择的电流值稍大、环境温度较低、预试完毕后不久就进行投运操作，不利于变压器剩磁的自衰减。当空载充电时，由于剩磁的原因，导致励磁涌流过大、主变线圈或者器身振动加剧、变压器油流涌动增强，引发重瓦斯保护动作。

处理措施：在作出上述判断后，电气试验人员立即对变压器剩磁进行了处理。待调度发出指令后，运行人员再次将该主变投运，设备投运成功。

4小结

本文着重分析了剩磁产生的原因，从铁磁元件的特性入手，具体分析了变压器的剩磁是由于直流电阻试验产生的。进而分析了剩磁产生的危害，主要是产生差动保护和重瓦斯保护。最后，进行了案例分析，本文对于变压器的剩磁分析具有一定的指导意义。

参考文献：

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