变压器剩磁对设备运行的影响、产生原因及消除方法

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【摘 要】电力变压器在做直流试验后都会产生剩磁，剩磁的多少取决于变压器绕组通过的直流电流强度和时间。因此，特别是做直流电阻试验，由于变压器绕组容量大，充电时间长，电流大，将会产生过多的剩磁。如果不对变压器所产生的剩磁进行消除，变压器在送电时会产生很大的涌流，将导致变压器的继电保护装置动作，影响变压器正常投运。本文分析了变压器剩磁对设备运行的影响及如何防范等注意事项。

【关键词】变压器跳闸 剩磁 直流试验

1事件经过

某厂2013年5号机组主变及高厂变完成检修后，进行了三次送电，前两次送电，都是5A高厂变差动保护动作，第三次送电，主变高压侧第二套差动保护动作，第三次送电成功。

1.1主变第一次送电

主变第一次送电时，根据动作波形图显示：5A高厂变两套保护装置检测到变压器高压侧一侧有电流，低压侧无电流（因四段6KV进线开关未合），差流等于制动电流，且差流达到比率制动I段的动作值，差动保护动作。

根据保护定值整定原则，对差动保护进行二次谐波闭锁，采用的是“三取二”的原则，即只有当两相及两相以上的二次谐波含量大于闭锁值15%时，才闭锁差动保护，根据波形显示的数据，只有C相二次谐波含量大于闭锁值，因此二次谐波不闭锁差动保护，差动保护动作。

1.2 主变第二次送电

通过分析，主变第一次送电，由于变压器励磁涌流的原因导致差动保护动作。经过检测绝缘合格后，经行了第二次送电，5A高厂变差动保护动作，动作情况和第一次类似，5A高厂变差动保护二次谐波闭锁条件不满足，而5B高厂变差动保护二次谐波闭锁条件满足，因此5A高厂变差动保护再次动作。

根据动作波形图和以上分析，高厂变高压侧电流都基本偏向于时间轴一侧，且二次谐波分量较大，符合励磁涌流的特征。在5号主变送电时，由于变压器励磁涌流的存在，导致两台高厂变高压侧差流达都达到动作值，但由于反映到5B高厂变的有两相电流的二次谐波分量较大，而5A高厂变只有一相电流二次谐波分量较大，而我厂GE差动保护二次谐波制动采用“三取二”原则，所以5A高厂变差动保护动作，5B高厂变差动保护未动。

1.3 主变第三次送电

本次送电前对5号主变进行消磁，在满足《定值整定计算导则》的前提下，抬高主变T60差动保护动作门坎值。再次进行主变冲击，主变送电成功。从波形图看到，主变高压侧电流相对于第三次送电，冲击电流有所减少，但A相波形依然出现了畸变。

2 剩磁的产生

2.1 铁磁元件的电磁特性

带磁性的铁磁性物质（例如：铁、钴、镍及其合金）放入通电的螺线管内，那么所产生的磁场可以将此材料磁化，使之带有磁性，但外加磁场去除后，铁磁性物质的磁性不会马上消除，仍保有磁性，此即为磁滞现象。将铁磁性物质存在于一外加磁场时，当外加磁场由零逐渐增大时，铁磁性物质之感应磁场也随之增大，而外加磁场增大到某一程度后，无论磁场再如何加大，铁磁性物质之感应磁场也不再变化，即达到饱和。此时，在逐渐减小外加磁场时，铁磁性物质之感应磁场亦随之缓慢减小，其路径并不沿原磁化曲线返回，而是沿着另一曲线变化，直到外加磁场降为零，而铁磁性物质仍保有磁性。剩磁是铁磁材料的磁滞损耗表现，磁滞损耗是铁磁材料将电能吸收后转化为磁能的结果，在交流回路中表现为铁损的一部分（与涡流损耗共同组成变压器的铁损）。也就是说，磁滞损耗是能量的转换的结果，与输入的功率和时间有关，也就是说在变压器绕组上输入的电功率越大，时间越长，剩磁量就越大，反之亦相反。

2.2 变压器的预防性试验与剩磁的产生

（1）在变压器检修后投运前，变压器需要做直流电阻试验，电力变压器在做直流试验后都会产生剩磁，剩磁的多少取决于变压器绕组通过的直流电流强度和时间。

（2）传统的直流电阻测量方法，无论使用电桥法还是采用压降法，因为电源提供电流数值小的问题，效率低下、耗费工时长。因此出现了变压器直流电阻的快速测量方法，但试验电流一般都达到20A，提高了工作效率，但同时变压器产生的剩磁较多。

2.3变压器励磁涌流与变压器剩磁的关系

（1）将变压器看作一个强感性负载，即看作一个非线性电感，当合闸时，变压器上的电压在变压器内部也产生一个磁通，当变压器有剩磁时，合闸后所产生的磁通如果和剩磁极性相同，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而增加，从而励磁涌流也会随之增加，如果合闸后所产生的磁通和剩磁极性相反，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而减小，从而削弱了励磁涌流。

（2）励磁涌流与铁芯饱和程度关系：变压器绕组中的励磁电流和磁通的关系由磁化特性所决定，铁芯越饱和，产生一定的磁通所需的励磁电流就愈大。由于在最不利的合闸瞬间，铁芯中磁通密度最大值可达2Φm，这时铁芯的饱和情况将非常严重，因而励磁电流的数值大增，励磁涌流比变压器的空载电流大100倍左右，在不考虑绕组电阻的情况下，电流的峰值出现在合闸后半周的瞬间。但是，由于绕组具有电阻，这个电流是要随时间衰减的。对于容量小的变压器衰减得快，约几个周波即达到稳定，大型变压器衰减得慢，全部衰减持续时间可达几十秒。

2.4由上述可以不难得出结论

由于在#5主变检修后的直流电阻试验中，使用了20A的直流电流，在导致#5主变压器铁芯上有直流剩磁，由于剩磁的存在，当#5主变投运送电时，产生较大的冲击电流，造成主变差动保护动作。

3 变压器剩磁的消除方法

（1）直流消磁法又称反向冲击法， 是在变压器高压绕组两端正向、反向分别通入直流电流， 并不断减小， 以缩小铁心的磁滞回环， 从而达到消除剩磁的目的据相关研究资料表明， 一般情况下， 反复冲击4～ 5 次即可以取得较好的效果。现在市场上的自动消磁仪器采用的就是直流消磁原理

（2）交流消磁法的具体操作是给变压器用一个较低电压等级的电压充电。这样可以降低铁心磁通Φ的峰值， 从而达到减小励磁电流的目的。发电机对主变压器进行零起升压去除剩磁就属于交流消磁方法

参考文献：

[1]胡虔生，胡敏强.电机学[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]万凯，刘会金.计及剩磁效应得变压器模型[J].变压器，2002，39（5）：10-13.