变压器励磁涌流大的原因解析及抑制措施

变压器励磁涌流大的原因解析及抑制措施

刘斌，路永睿，欧阳丽

（长庆油田分公司清洁电力开发项目部，陕西省西安市）

摘要：变压器是电力系统中不可或缺的重要设备，其稳定运行对整个电力系统的安全和可靠性至关重要。在变压器的运行过程中，励磁涌流是一个关键参数，它直接影响到变压器的性能和寿命。励磁涌流过大会导致变压器内部温度升高、绝缘老化加速、机械振动加剧等问题，严重时甚至可能导致变压器损坏。因此，采取有效的抑制措施减小励磁涌流具有重要的实际意义。

关键词：变压器；励磁涌流；成因分析；抑制措施；

1变压器励磁涌流概念及特点

变压器励磁涌流是变压器在空载投入或外部故障后电压恢复时，在变压器的励磁绕组中产生的暂态电流。这个暂态电流通常远大于变压器的额定电流，并且含有大量的非周期分量和高次谐波分量。变压器励磁涌流是指在变压器初次通电或者在电压发生快速变化时，由于变压器磁路中的磁通量变化率很高，使得变压器铁心中的磁通量迅速饱和，从而在变压器绕组中产生的一种瞬时大电流。这种电流通常是由于变压器磁路中的磁通量变化速度超过了变压器的磁路时间常数，使得变压器的磁路无法及时建立稳定的磁通量，从而产生的一种不正常的电流。变压器励磁涌流的特点主要有以下几个方面。

（1）变压器励磁涌流的幅值通常比变压器的额定电流要大很多，有时可以达到额定电流的数倍。这是因为励磁涌流是由于变压器磁路中的磁通量变化速度过快而产生的，因此其幅值会比较大。

（2）变压器励磁涌流的方向是不断变化的。这是因为在变压器磁路中的磁通量变化过程中，磁通量的方向会随着磁路中的磁感应强度的变化而变化，从而导致励磁涌流的方向也会不断变化。

（3）变压器励磁涌流的持续时间比较短。这是因为在变压器磁路中的磁通量变化过程中，磁通量的变化速度会随着时间的推移而逐渐减慢，从而导致励磁涌流的幅值逐渐减小，最终趋于稳定。

2变压器励磁涌流导致的危害

（1）引发继电保护装置误动：励磁涌流会导致变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运频频失败。这是因为励磁涌流中的非周期分量和直流分量会导致继电保护装置误判，认为发生了故障，从而启动保护装置，切断变压器的电源。

（2）变压器出线短路故障切除时产生的电压突增：当变压器出线短路故障被切除时，会产生电压突增，诱发变压器保护误动，使变压器各侧负荷全部停电。这是因为短路故障切除时，变压器磁路中的磁通量会突然减小，从而产生励磁涌流，导致保护装置误动。

（3）相邻变压器误跳闸：励磁涌流中的高次谐波分量会导致相邻变压器的保护装置误动，从而造成相邻变压器误跳闸，造成大面积停电。这种情况尤其在一些电站中常见，因为电站中的多台变压器之间存在相互影响。

（4）变压器及断路器受损：励磁涌流幅值很大，会对变压器和断路器产生电动力过大，导致设备受损。长时间的励磁涌流还会使得变压器铁心饱和，产生噪声和振动，影响变压器的使用寿命。

（5）操作过电压和电网电能质量污染：励磁涌流中的谐波分量会对电网电能质量造成严重的污染，影响其他电气设备的正常工作。此外，励磁涌流还可能诱发操作过电压，损坏电气设备。

（6）降低测量精度和继电保护装置的正确动作率：励磁涌流中的直流分量会导致电流互感器磁路被过度磁化，大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率。这会导致保护装置在关键时刻无法正确动作，影响电力系统的安全稳定运行。

（7）变压器过热和绝缘老化：励磁涌流会使变压器铁心饱和，产生大量的热量，导致变压器过热。长时间的过热会使得变压器的绝缘材料老化，缩短变压器的使用寿命。励磁涌流会导致变压器铁芯的疲劳损伤，从而缩短变压器的使用寿命。

3变压器励磁涌流大产生的原因分析

3.1铁心饱和度的影响

铁心饱和度是影响励磁涌流的主要因素之一。当铁心饱和度较高时，磁通密度增加，磁导率下降，导致励磁电流增大。此外，铁心饱和度还会影响磁滞损耗和涡流损耗，进一步加剧励磁涌流的增大。因此，合理控制铁心饱和度是减小励磁涌流的关键。

3.2电源电压的影响

电源电压对励磁涌流的影响主要体现在两个方面：一是电压幅值的变化，二是电压波形的畸变。当电源电压幅值增大时，励磁电流随之增大；当电源电压波形出现畸变时，如谐波含量较高，会导致励磁电流中的谐波分量增大，从而使励磁涌流增大。因此，保证电源电压的稳定和波形的质量对于减小励磁涌流至关重要。

3.3变压器结构参数的影响

变压器的结构参数，如绕组匝数、铁心尺寸、绕组排列方式等，都会对励磁涌流产生影响。例如，绕组匝数越多，励磁电流越小；铁心尺寸越大，励磁电流越大；绕组排列方式不合理，可能导致局部磁通密度过高，从而增大励磁涌流。因此，优化变压器的结构设计是减小励磁涌流的有效途径。

3.4负载特性的影响

负载特性对励磁涌流的影响主要体现在负载电流的波形和相位上。当负载电流波形畸变或相位偏差较大时，会导致励磁电流中的谐波分量增大，从而使励磁涌流增大。因此，改善负载特性对于减小励磁涌流具有重要意义。

3.5外部干扰的影响

外部干扰，如电磁干扰、温度变化等，也会对励磁涌流产生影响。例如，电磁干扰可能导致励磁电流中的谐波分量增大；温度变化会影响铁心的磁导率，从而影响励磁涌流。因此，减小外部干扰对于保证变压器正常运行具有重要意义。

4变压器励磁涌流抑制措施

4.1合理设计变压器结构

优化变压器的结构设计是减小励磁涌流的基础。首先，合理选择铁心材料，采用高磁导率、低损耗的硅钢片，以降低磁滞损耗和涡流损耗；其次，优化绕组匝数和排列方式，使磁通分布更加均匀，减小局部磁通密度过高的现象；最后，合理设置气隙，以降低铁心饱和度，从而减小励磁涌流。

4.2改善电源电压质量

保证电源电压的稳定和波形的质量对于减小励磁涌流至关重要。首先，加强电网的无功补偿，提高电网的功率因数，以减小电压波动；其次，采用谐波抑制装置，如无源滤波器、有源滤波器等，以减小电源电压中的谐波含量；最后，合理配置变压器的容量，避免过载运行，以保证电源电压的稳定性。

4.3采用先进的控制策略

采用先进的控制策略可以有效地减小励磁涌流。例如，采用闭环控制系统，根据变压器的实际运行状态实时调整励磁电流，以保持磁通密度在合适的范围内；采用自适应控制策略，根据负载变化自动调整励磁电流，以提高变压器的运行效率；采用智能控制策略，如模糊控制、神经网络控制等，以实现对励磁涌流的精确控制。

4.4安装涌流抑制器

涌流抑制器是一种专门用于减小励磁涌流的装置。其原理是在变压器投入前先给磁路施加一个直流偏磁，使铁心达到一定的饱和度，从而减小励磁涌流的幅值和持续时间。涌流抑制器具有结构简单、成本低、效果好等优点，在实际应用中取得了显著的效果。

4.5采用串联电抗器

串联电抗器是一种常用的限制励磁涌流的方法。将电抗器串联在变压器的输入端，可以有效地限制励磁涌流的幅值。但是，串联电抗器会增加变压器的损耗，降低运行效率，因此需要在保证安全的前提下合理选择电抗器的参数。

4.6采用预充磁技术

预充磁技术是一种通过预先施加磁场来改善变压器磁路特性的方法。在变压器投入前，通过施加一个适当的直流磁场，使铁心达到一定的饱和度，从而减小励磁涌流的幅值和持续时间。预充磁技术具有操作简单、效果显著等优点，在实际应用中得到了广泛的推广。

4.7加强运行维护管理

加强变压器的运行维护管理是保证变压器正常运行的重要环节。定期对变压器进行检查和维护，及时发现并处理各种隐患，如绝缘老化、油位异常、温升过高等；加强对变压器运行状态的监测，如采用在线监测技术，实时监测变压器的温度、油位、振动等参数，以便于及时发现并处理问题。

5结束语

变压器励磁涌流的产生是一个复杂的电磁过程，涉及到铁心材料、设计、电源条件等多个因素。在实际工程中，通常需要根据具体情况选择合适的抑制措施，以确保变压器的安全运行和电力系统的稳定。

参考文献

[1]刘畅,汤雪鹏,宁威,陈玉明.变压器启动过程中励磁涌流及和应涌流现象分析[J].安徽电气工程职业技术学院学报,2021,26(3):38-41.