励磁涌流机理与计算.pdfVIP

．原理

当变压器合闸瞬时，施加电压所对应的铁心磁通密度与实际铁心磁

通密度相同时，就不会发生任何瞬态过程。实际上瞬态现象是不可能避

免的，因为开关合闸瞬间是不容易控制的，并且，开关合闸对某相有利

时，对其他两相则不利。

当变压器断闸时，磁化电流变成零，由于磁滞环的原因，铁心磁密不会

为零而是有一定的剩磁BR存在。当在施加电压过零时再合闸时，由于

剩磁BR存在的，将产生最大励磁涌流。如果没有先前的断闸（即不考

虑剩磁BR），那么励磁电流与磁通密度如图中的点划线。根据磁链守

恒定理，合闸后的磁通（0+）与合闸前的磁通相同（0-）。所以合闸后

的磁能密度不是从最小的-BMP开始，而是从+BR开始，并且达到最大

的正值（BR+2BMP），从而使变压器很快到饱各区。

因为外施电压是正弦的，则铁心磁通也是正弦的，励磁电流由于铁心的

非线性是尖锋的。通过解下面的方程可以得到相同的结果：

利用初始条件

上式可以看出当

，剩磁

时，磁通如下图。上式及图形表明，磁通含有一个暂态的直流分

量，其衰减由

决定，和一个稳态的交流分量

典型的励磁涌流如下图示2.14

从上图可以清楚的看到在初始的几个周波里,电流明显偏离交流周期波,

因此励磁涌流是非常不对称的,有很多二次谐波成分,其可以用来做为继

电保护的方案.

另外时间常数L1/R1不是恒定,其取决铁心的饱和程度,在初始的几个周波

内,铁心饱和程度高,L1就小,励磁涌流下降的速度就快,由于电路损耗及铁

心饱和程度降低,励磁涌流就衰减的慢.一般小容量变压器衰减速速度大

于大容量变压器,此外高损耗变压器的衰减速度也快.[26].

公式2.31是在假设铁心是线性条件下得到的,所以其结果只能是一个大概

值,更精确的计算单相变压器励磁涌流的计算方法可以参考[27,28],该方

法考虑了变压器铁心的非线性.对三相变压器的励磁涌流的估算可以参

考[29,30,31].对单相及三相在谐波领域的计算方法可以参考[32].变压器

的励磁涌流及过电压在高压直流输电系统中HVDC的分析可参考[33]

．励磁涌流最大值估算

变压器用户通常关心励磁涌流的最大值和衰减速度,通常铁心材料的最

大饱和磁通密度为2.03T,那么铁心的可以容纳的磁通为

,其它的磁通将跑出铁心,在外面的空气是流通.考虑最极端的情况

是绕组所包围的平均面积,即平均半径的面积,

下面分析以下三种情况:

原边绕组为三角形接法,每相是单独连接到电网,并且励磁涌流发生

时的磁通与单相变压器一致时,那么该相的励磁涌流大小也相同.但

考虑到线电流时,就没有那么严重了.通常,线电流是相电流的

倍,在励磁涌流时,只有一相才能达到最大值,其它两相可以忽略,所

以三相变压器线电流的励磁涌流是单相励磁涌流的

倍.

2)对由三个单相变压器组成的三相变压器,一次侧为星形接法,二次侧

为三角接,那么其最大的励磁涌流如图2.15所示,并假定

相发生最大涌流.

三相的磁路是相通的,可以看做三个独立的单相

变压器参考[17,29],在励磁瞬态下.因此对一次侧为星形接的,励磁涌

流与2)相同,不管其二次侧是星接还是角接.

3．衰减形式估算

公式2.34给出了励磁电流可能的最大值,运行工程师可能更关心励磁电流

衰减速到一定值的时间,估算方法参考[34,35]

举例

计算励磁涌流在5个周波里的最大值，变压器容量

31.5MVA,132/33KV,50HZ,Yd1.在高压侧通电,高压匝数920,平均直径

980mm,高度1250mm,最大磁密为1.7T,铁心净截面积极性0.22平米,系统

及绕组的阻抗是0.9欧姆.

解答:

假设变压器在电压过零时通电,剩余磁通与初始磁通变化方向一致,这样

就可能产生最大励磁涌流.当铁心饱和,励磁涌流将通过空气电抗来限制

XS,可以通过下式来计算.

步骤1

步骤2

由公式计算结果与上面的结果很相近

步骤4

当获得第1个周波的励磁电流最大值,那么就可以计算出第1个周波后铁

心的剩余磁通,该值是衰减的,由于线路损耗及变压器损耗.可以按参考

[34]计算

就可以计算出5个周波的励磁电流的最大