10kV供电系统中励磁涌流的产生及控制

○谢静波（佛山市高明立信发展有限公司）

【摘 要】本文对10kV供电系统中励磁涌流的产生原理及特点进行了分析，并提出防止励磁涌流引起误动的方法以及控制措施，保证了电网安全经济的运行。 【关键词】10kV供电系统 励磁涌流 原理 控制

某10kV配网中一线挂有约50台总容量为16MVA的配电变压器，在线路恢复送电过程中经常发生以下问题：10kV分段柱上开关或分支线开关合闸操作时引发本级开关、前级开关甚至变电站出口开关电流保护跳闸。巡线检查没有找到故障原因，采用逐级送电线路可正常供电，公司组织技术人员分析，确定为送电瞬间变压器空载合闸励磁涌流过大引发开关保护动作跳闸。

一、变压器励磁涌流产生原理及特点 1．励磁电流I0

电力变压器是电能、磁能转换装置。在变压器二次绕组开路的情况下，即空载运行，一次绕组中要流过一定的励磁电流I0来建立主磁通，励磁电流和磁场的关系是由变压器铁芯的磁化曲线的非线性特性决定。变压器空载运行在稳定状态下，由于建立了稳定的主磁通，铁芯中的磁通密度不会达到饱和，因此励磁电流I0值很小，一般为变压器额定电流的2%～10%，但一旦由于某种原因磁通密度增大到饱和状态，励磁电流I0就会剧增，铁芯越饱和，产生磁场所需的励磁电流就越大。 2．励磁涌流

变压器空载合闸是一个瞬变过程，在合闸的瞬间，假定铁芯中没有剩磁，外加电压U会在磁路产生一个滞后JI/2相角的磁通?1，这是一个旋转分量，由于磁路的磁通不能突变，必然要由励磁电流分量产生一个??1来平衡磁路，保持磁通瞬间的零值，这个??1是一个暂态（自由）分量，随时间常数T=L/R（L为一次绕组的全自感，R为一次回路电阻）大小逐步衰减。

假设开关在最不利的情况下合闸，即电压U过零的时候，?1将达到幅值?m，暂态分量

??1，也出现最大值??m，并随时间常数T逐步衰减，经过半个周波后，?1将达到负的最

大值??m，这时，两个磁通的叠加将接近?2?m（如图1），这将引起铁芯高度磁饱和，根据铁芯的磁化特性，励磁电流会剧增，称之为励磁涌流，数值将达到正常空载运行励磁电流的50～80倍，以一般变压器正常空载励磁电流为额定电流的10%计算，在最不利情况下合闸，空载合闸励磁涌流瞬时值可达额定电流的5～8倍，如果再考虑合闸瞬间的剩磁影响，

1

励磁电流会更大。以上是分析单相变压器最不利空载合闸情况，在三相变压器中由于三相电压彼此相差120度，因此合闸时总会有一相的合闸状态处于或接近上面分析的最不利状态，因此总有一相出现最大的励磁涌流。

由于回路电阻R的存在，合闸电流将随时间常数T=L/R逐步衰减，最终恢复到正常空载电流水平（如图2）。一般小容量变压器衰减快，约几个周波后即达稳定状态，大容量变压器衰减慢，可以延续几秒甚至20秒，这样就不难解释10kV配网开关电流保护跳闸了。

图1 磁通曲线图 图2 空载合闸电流变化曲线

3．励磁涌流过大带来的问题

10kV 电流瞬时速断保护作为小电流接地系统的有效辅助保护是按照最大运行方式下线路末端三相短路电流来整定的，由于考虑到灵敏度大于1. 2，因此动作电流值往往取得较小，特别是在线路较长，配电变压器较多时,即系统阻抗较大时，其取值会更小。因此在整定时没有考虑到配电变压器投入时的励磁涌流对瞬时速断保护的影响，即励磁涌流的起始值远远超过瞬时速断保护定值，造成一些变电站的10kV 出线检修或事故后不能送电的情况发生。

4．配网10kV系统励磁涌流特点

（1）含有大量的高次谐波，以二次谐波为主；

（2）包含很大成分的暂态分量，暂态分量随时间常数T=L/R衰减； （3）和短路电流波形不同，励磁涌流波形之间会有间断；

（4）和变压器励磁涌流不同，10kV配网励磁涌流是各变压器所产生的励磁涌流复杂的迭加。

二、配网中防止励磁涌流引起误动的方法

励磁涌流有明显的特征，含有大量的二次谐波，在变压器主保护中就利用这个特性，设置了利用二次谐波幅值或励磁涌流间断角的特性来防止励磁涌流引起保护误动作，但如果应用在10kV 线路保护中，必须对保护装置进行改造，会大大增加装置软件的复杂性，实用性较差。

励磁涌流的另一特征就是它的大小随时间而衰减，一开始涌流峰值很大，对于小型变压器，大致经过7～10 个工频周波(0. 14～0. 2 s) 后，涌流几乎衰减为可以忽略的范围。利用涌流这个特点，在电流速断保护时加入一段时间延时，就可以防止励磁涌流引起的误动作，但是会增加故障时间，同时只能运用于短路电流不是很大，不易造成TA 饱和的线路(对于有TA 饱和情况，保护应在短路开始的1/ 4 周波前动作)。因此，只要满足上述条件，适当地增加0. 1～0. 15 s的时限可以很好地避免由于线路中励磁涌流造成的保护装置误动作。如果不能满足条件，应重新整定速断保护定值，在满足灵敏度的条件下使整定值能躲过励磁涌流。

2

三、配网中励磁涌流控制

励磁涌流对变压器的安全运行危害不大，但对继电保护的影响不小，特别是对主变差动保护和三段式电流保护，不采取措施将引起保护误动。根据励磁涌流的特点，主变差动保护一般采取波形鉴别、二次谐波制动及速饱和变流器等措施限制、躲开励磁涌流，对10kV配网而言，采取以上措施设备制造上有一定困难，而根据10kV配网特点和实际运行工作需要，10kV配网励磁涌流控制可以采取以下有效措施：

（1）柱上分段或分支开关安装涌流控制器。该控制器能够在电网正常运行或开关合闸出现浪涌电流情况下，自动识别并延时脱扣控制，防止由于浪涌引起开关误动脱扣。

（2）变电站线路出口开关串联一个合闸电阻，在合闸完成后自动短接切除，其目的是降低涌流暂态分量衰减的时间常数，使之加速衰减，避免电流保护的二、三段动作跳闸。

（3）对10kV线路进行合理分段和分配负荷，控制一次合闸送电容量，分级送电，避免大量变压器励磁涌流恶性迭加。

四、结 语

励磁涌流问题是由多个原因引起的，一是电力负荷快速增长，线路所挂配变容量剧增，并均为大容量配变；二是线路电气距离短，负荷集中，主线路全长不到4公里，加强了各变压器励磁涌流的迭加效应；三是开关没有采取消涌措施。这条线路发现的问题，值得其它类似线路参考和借鉴。

因此，加强配网规划管理，对线路进行合理分段和分配负荷，防范类似问题出现。另外，加强对开关等设备的选型管理，选择带消涌装置的设备也是一种防范和应对此类问题的方法和有效措施。还有，应根据电网和负荷变化情况，及时对变电站出口开关和柱上开关保护定值进行调整，同时在保护定值整定原则上，特别是电流三段定值的整定原则，在满足切除故障灵敏性和可靠性的基础上，要尽可能考虑躲过合闸励磁涌流的影响，对单电源10kV馈线，可以按照最小方式下线路末端最小短路电流可靠启动原则整定。

变压器励磁涌流有三大特点：

a) 含有较大成分的非周期分量，往往使涌流偏向于时间轴一侧。 b) 含有丰富的高次谐波成分，其中以二次谐波为主。 c) 波形存在间断。

从上述分析可以看出，变压器励磁涌流的大小与变压器合闸初相角、剩磁大小、饱和磁通等因素有关。

由于励磁涌流对电力系统会产生很多不利影响，其抑制技术受到广泛关注。目前，削弱励磁涌流的方法主要有三种：串联电阻；控制三相开关合闸时间；在变压器低压侧并联电容器。 其中，由于控制三相开关合闸时间从原理上不需要附属设备，相对另外二种方法有一定优势。

从仿真结果来看，控制三相开关合闸时间能够有效抑制励磁涌流的幅值。

3

R型变压器

目录

简介 性能 编辑本段简介

R型变压器是干式变压器产品中的一枝新秀。其铁芯系采用宽窄不一的优质取向冷轧硅钢带卷制成腰圆形，而且截面呈圆形，不用切割即可绕制。因此，由此制造的变压器无噪声、漏磁小、空载电流小、铁损低、效率高；并且由于线圈是圆柱形，每圈的铜线长度短，所以，内阻小，铜耗低，温

R型变压器

升低，过载波动小，爆发力比环形变压器还好；另外，初、次级线圈采用阻燃PBT工程塑料制成的骨架分别绕制，从而抗电强度高，阻燃性好。 R型变压器以新颖、独特的结构，优异的电磁性能正得到越来越多的电子行业的青睐。特别适用于医疗设备、显示设备、音响设备、办公设备。 R型变压器是以外形结构名命的,他的截面像字母,故得名R型变压器. 编辑本段性能

R型变压器可以用作所有电器的电源变压器或隔离变压器。 它具有效率高、体积小、重量轻等特点。

R型铁芯所用的材料是高牌号冷轧取向性硅钢片，铁芯卷绕好后，经过退火处理，使硅钢片的分子结构重新排列。 R型变压器体积小，重量轻

R型变压器是用无切割铁芯卷绕，使用日本新日铁公司生产的取向性高牌号硅钢片，因而体积小。重量轻(比EI型变压器小30%、轻40%、薄40%)。 R型变压器效率高

4

由于铁芯无切割，铁损很小，加之采用高品质的材料和紧凑结构，使铁芯与绕组之间的距离降到最小，故效率可达90%以上。 R型变压器漏磁小

R型变压器的铁芯没有磁隙且绕线均衡，因而漏磁小。无需设计任何防反漏磁措施。

R型变压器无噪音产热小

由于R型变压器是用无切割铁芯卷绕，使用日本新日铁公 司生产的取向性高牌号硅钢片制成，具有均匀圆形截面

和连续的绕线，电阻损耗和产热都很 低，且由于没有切 割，磁致伸缩应力就很容易被吸收，因而保证了应用无噪音。 R型变压器励磁电流小

R型变压器设计合合理，因而具有铁损低，产热少，励磁电流小和能耗省的特点。

R型变压器安全系数高

由于它独特的设计，将初级与次级的骨架分开，绝缘性能优良，由阻燃材料制成的互相分离的骨架可以满足任何国家的标准。

5