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定义 变压器励磁涌流是指变压器在空载投入电源时，由于铁芯磁通不能突变，在变压器铁芯中产生的暂态励磁电流。当变压器空载合闸时，铁芯中的磁通会从一个稳定状态过渡到另一个稳定状态，这个过程中会产生较大的暂态电流，即励磁涌流。 励磁涌流及其特点 励磁涌流的出现有三种情况，当投入空载变压器时产生空投励磁涌流，当外部故障切除电压恢复时产生恢复励磁涌流，当两台并联变压器，一台正常运行，另一台空载合闸时，不仅合闸变压器有励磁涌流，另一台并联运行变压器中会出现和应涌流。对于后二种涌流，由于变压器是部分励磁，因此均比空投励磁涌流小。 三绕组变压器空载合闸励磁涌流见下图：  对于空投励磁涌流，当空载变压器合闸时，某一侧突然加上电源电压，由于铁芯中磁通不能突变，因此出现非周期分量磁通，从而增大的暂态铁芯磁通使铁芯严重饱和，变压器励磁电感降低，相应出现数值很大的励磁电流。励磁涌流的大小与空载合闸电压初相角，电源电压和系统阻抗大小、铁芯材质和型式、剩磁大小和方向及饱和磁通大小、TA传变特性有关，对于三相变压器还与三相绕组的接线方式等有关。励磁涌流具有如下特点： 1）励磁涌流波形明显偏于时间轴一侧，含有很大的非周期分量电流，励磁涌流数值大且随时间衰减，衰减时间与变压器和电网时间常数有关，中小变压器涌流倍数大，衰减较快（可达10Ie，衰减时间0.5~1s），大型变压器涌流倍数较小，衰减慢（4~6 Ie，2~3s，甚至1min） 2）励磁涌流中含有大量的高次谐波分量，其中以二次谐波分量电流为主。对于三相变压器，三相二次谐波大小不同，但总有至少一相的二次谐波较大。但也有一相可能出现近似对称性涌流，谐波含量很低。 3）励磁涌流呈现尖顶波，相邻两个波形之间出现间断，波形间断的宽度为间断角，间断角大小与铁芯饱和磁通和剩磁大小有关。 励磁涌流的成因 1、磁链守恒定律（楞次定律）是任何电感线圈都要遵循的定律，即变压器任一侧绕组感受电压骤增（如空投充电、出线故障切除等）瞬间，磁路中的磁链将维持不变。如图 1-1，设 N1、N2为初次级绕组的匝数、Φ 为与初级绕组交链的总磁通（包括主磁通和漏磁通）、U1为初级电压、i1为初级电流，次级开路。可写出初级绕组的电压方程  式（1.1）给出了无损变压器磁路中的磁通与合闸角（或电压骤增时的电压相位角）α 的关系，可得出： 在变压器空载合闸时，涌流是否产生以及涌流的大小与合闸角有关，合闸角α=0和α=π时励磁涌流最大； 2、变压器剩磁的影响：任何铁磁材料在去掉外施的磁势后都会留有剩磁，剩磁的数值及极性取决于切断磁势瞬间的磁通数值及极性。当然，剩磁的大小还与铁磁材料的特性有关。  图 为铁磁材料的磁滞回线，从曲线中不仅看到磁路的饱和特性，还可以发现当磁势H为零时，磁通密度B并不为零，而是还有一个值Br，这就是剩磁。要去除剩磁Br（或-Br）必须在反向施加磁势达-Hc(或Hc)时才能使B为零。我们不难看到，当给变压器绕组施加交流电压时，由于电压极性正负交变，因此，磁路中的磁通极性也是在磁滞回线上来回变化。如果在1、2象限时去除磁势，则剩磁为正或零，在3、4象限时则剩磁为负或为零。所以通过掌握断开交流电源的相位角即可确定剩磁的极性和大致的数值。 3、产生励磁涌流的条件：当磁路进入饱和状态时由于变压器绕组的电抗急剧下降，进而产生很大的励磁涌流。因此，在铁心中的各种磁通合成值超过磁路的饱和磁通就是产生励磁涌流的条件。这些磁通是指稳态磁通、偏磁和剩磁。饱和磁通是设计变压器时确定的，它取决于铁心材料的磁导率、磁路截面及磁路长度等因素。稳态磁通的数值和电源电压有关，偏磁的大小和极性取决于给变压器施加电压瞬间的电源电压相位角，即合闸角，剩磁的大小和极性则取决于切断变压器电源时的相位角，即分闸角。如果根据前次的分闸角选择合适的合闸角，使偏磁与剩磁极性相反，铁心不饱和就没有励磁涌流，如铁心轻度饱和，则励磁涌流很小。 防止励磁涌流引起误动的方法 1 二次谐波制动的方法 二次谐波制动——根据励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特点，当检测到差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以防止励磁涌流引起的误动。 对于实际运行的三相变压器，一般采用“三相或门制动”方案：三相差动电流中只要有一相的二次谐波含量超过制动比，就将三相差动继电器全部闭锁。 2 间断角鉴别的方法 间断角鉴别——励磁涌流的波形中会出现间断角，而变压器内部故障时流入差动继电器的稳态差电流是正弦波，不会出现间断角。间断角鉴别的方法就是利用这个特征鉴别励磁涌流和故障电流，即通过检测差电流波形是否存在间断角，当间断角大于整定值时将差动保护闭锁。 动作判据一般有间断角判据和波宽判据两种。 间断角判据——间断角的整定值一般取65°。当检测到间断角大于65°时将差动保护闭锁。对于Y,d11接线方式的三相变压器，非对称涌流的间断角比较大，间断角闭锁元件能够可靠的动作，并有足够的裕量；而对称性涌流的间断角有可能小于65°。进一步减小整定值并不是好的办法，因为整定值太小会影响内部故障时的灵敏度和动作速度。 波宽判据——由于对称性涌流的波宽为120°，而故障电流的波宽为180°，因此在间断角判据基础上再增加一个反应波宽的辅助判据，在波宽小于140°（有20°的裕量）时也将差动保护闭锁。 与二次谐波制动不同的是，间断角原理采用三相独立的闭锁方式，因而在内部故障，特别是空投于变压器内部故障时，保护有较高的动作速度。但对数字式保护而言，间断角原理在采样速率等方面对硬件要求高，加之受电流互感器等影响较大，处理上较复杂，目前未能得到推广应用。 |
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