抑制變壓器勵(lì)磁涌流的新方法

　　變壓器勵(lì)磁涌流不僅導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)，由其衍生的電網(wǎng)電壓驟降、諧波污染、和應(yīng)涌流、鐵磁諧振過電壓等都給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來不可低估的負(fù)面影響。數(shù)十年來人們通過識(shí)別勵(lì)磁涌流特征的方法來減少繼電保護(hù)的誤動(dòng)率，但并未獲得良好的回報(bào)，誤動(dòng)率仍居高不下。至于對(duì)電壓驟降、諧波污染、和應(yīng)涌流等的消除更一籌莫展。究其原因是人們認(rèn)為勵(lì)磁涌流的出現(xiàn)不可抗拒，只能采用“識(shí)別”的對(duì)策，即“躲”的對(duì)策。其實(shí)，換個(gè)思路——“抑制”，是完全可以實(shí)現(xiàn)的，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。 
 
0、引言
　　變壓器勵(lì)磁涌流與電容器的充電涌流抑制原理完全相似，電感及電容都是儲(chǔ)能元件，前者不容許電流突變，后者不容許電壓突變，空投電源時(shí)都將誘發(fā)一個(gè)暫態(tài)過程。在電力變壓器空載接入電源時(shí)及變壓器出線發(fā)生故障被繼電保護(hù)裝置切除時(shí)，因變壓器某側(cè)繞組感受到外施電壓的驟增而產(chǎn)生有時(shí)數(shù)值極大的勵(lì)磁涌流。勵(lì)磁涌流不僅峰值大，且含有極多的諧波及直流分量。由此對(duì)電網(wǎng)及電器設(shè)備造成極為不利的影響。
 
1、勵(lì)磁涌流的危害性
1.1  引發(fā)變壓器的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)，使變壓器的投運(yùn)頻頻失��；
1.2  變壓器出線短路故障切除時(shí)所產(chǎn)生的電壓突增，誘發(fā)變壓器保護(hù)誤動(dòng)，使變壓器各側(cè)負(fù)荷全部停電；
1.3  A電站一臺(tái)變壓器空載接入電源產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流，誘發(fā)鄰近其他B電站、C電站等正在運(yùn)行的變壓器產(chǎn)生“和應(yīng)涌流”(sympathetic inrush)而誤跳閘，造成大面積停電；
1.4  數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流會(huì)導(dǎo)致變壓器及斷路器因電動(dòng)力過大受損；
1.5  誘發(fā)操作過電壓，損壞電氣設(shè)備；
1.6  勵(lì)磁涌流中的直流分量導(dǎo)致電流互感器磁路被過度磁化而大幅降低測(cè)量精度和繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率；
1.7  勵(lì)磁涌流中的大量諧波對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染。
1.8  造成電網(wǎng)電壓驟升或驟降，影響其他電氣設(shè)備正常工作。
數(shù)十年來人們對(duì)勵(lì)磁涌流采取的對(duì)策是“躲”，但由于勵(lì)磁涌流形態(tài)及特征的多樣性，通過數(shù)學(xué)或物理方法對(duì)其特征識(shí)別的準(zhǔn)確性難以提高，以致在這一領(lǐng)域里勵(lì)磁涌流已成為歷史性難題。
 
2、勵(lì)磁涌流的成因
　　抑制器的重要特點(diǎn)是對(duì)勵(lì)磁涌流采取的策略不是“躲避”，而是“抑制”。理論及實(shí)踐證明勵(lì)磁涌流是可以抑制乃至消滅的，因產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的根源是在變壓器任一側(cè)繞組感受到外施電壓驟增時(shí)，基于磁鏈?zhǔn)睾愣ɡ�，該繞組在磁路中將產(chǎn)生單極性的偏磁，如偏磁極性恰好和變壓器原來的剩磁極性相同時(shí)，就可能因偏磁與剩磁和穩(wěn)態(tài)磁通疊加而導(dǎo)致磁路飽和，從而大幅度降低變壓器繞組的勵(lì)磁電抗，進(jìn)而誘發(fā)數(shù)值可觀的勵(lì)磁涌流。由于偏磁的極性及數(shù)值是可以通過選擇外施電壓合閘相位角進(jìn)行控制的，因此，如果能掌握變壓器上次斷電時(shí)磁路中的剩磁極性，就完全可以通過控制變壓器空投時(shí)的電源電壓相位角，實(shí)現(xiàn)讓偏磁與剩磁極性相反，從而消除產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的土壤——磁路飽和，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁涌流的抑制。
　　長(zhǎng)期以來，人們認(rèn)為無法測(cè)量變壓器的剩磁極性及數(shù)值，因而不得不放棄利用偏磁抵消剩磁的想法。從而在應(yīng)對(duì)勵(lì)磁涌流的策略上出現(xiàn)了兩條并不暢通的道路，一條路是通過控制變壓器空投電源時(shí)的電壓合閘相位角，使其不產(chǎn)生偏磁，從而避免空投電源時(shí)磁路出現(xiàn)飽和。另一條路是利用物理的或數(shù)學(xué)的方法針對(duì)勵(lì)磁涌流的特征進(jìn)行識(shí)別，以期在變壓器空投電源時(shí)閉鎖繼電保護(hù)裝置，即前述“躲避”的策略。這兩條路都有其致命的問題，捕捉不產(chǎn)生偏磁的電源電壓合閘角只有兩個(gè)，即正弦電壓的兩個(gè)峰值點(diǎn)（90°或270°），如果偏離了這兩點(diǎn)，偏磁就會(huì)出現(xiàn)，這就要求控制合閘環(huán)節(jié)的所有機(jī)構(gòu)（包括斷路器）要有精確、穩(wěn)定的動(dòng)作時(shí)間，因?yàn)槿鐒?dòng)作時(shí)間漂移1毫秒，合閘相位角就將產(chǎn)生18°的誤差。此外，由于三相電壓的峰值并不是同時(shí)到來，而是相互相差120°，為了完全消除三相勵(lì)磁涌流，必須斷路器三相分時(shí)分相合閘才能實(shí)現(xiàn)，而當(dāng)前的電力操作規(guī)程禁止這種會(huì)導(dǎo)致非全相運(yùn)行的分時(shí)分相操作，何況有些斷路器在結(jié)構(gòu)上根本無法分相操作。
　　用物理和數(shù)學(xué)方法識(shí)別勵(lì)磁涌流的難度相當(dāng)大，因?yàn)閯?lì)磁涌流的特征和很多因素有關(guān)，例如合閘相位角、變壓器的電磁參數(shù)等。大量學(xué)者和工程技術(shù)人員通過幾十年的不懈努力仍不能找到有效的方法，因其具有很高的難度，也就是說“躲避”的策略困難重重，這一策略的另一致命弱點(diǎn)是容忍勵(lì)磁涌流出現(xiàn)，它對(duì)電網(wǎng)的污染及電器設(shè)備的破壞性依舊存在。
 

圖2-1為一單相變壓器結(jié)構(gòu)圖，可寫出空載時(shí)初級(jí)繞組的電壓方程