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1、励磁涌流机理与计算 一 原理 2.7.1 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
2、 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：上面方程式的解是在假设铁心是线性的条件下得到。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 当开关在电压过零时合闸是最糟的,典型的励磁涌流如下图示 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/
3、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 二 励磁涌流最大值估算 变
4、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,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,三相变压器的励磁涌流计算需要更多的考虑,下面分析以下三种情况:1)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,
5、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所示,并假定相发生最大涌流.3)对三相三柱变压器,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.三 衰减形式估算 公式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,132/33KV,50HZ,Yd1.在高压侧通电,高压匝数 920,平均直径 980mm,高度 1250 mm,最大磁密为,铁心净截面积极性平米,系统及绕组的阻
6、抗是欧姆.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 步骤 3 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 重 复 步 骤2,3,4,就 可 以 计 算 出5个 周 波 的 励 磁 电 流 的 最 大 值 分 别 是,由于绕组连接是 Yd1,实际线电流的励磁涌流是单相的 2/3 倍的关系,即 579A,564A,550A,537A,524A 励磁涌流本身对变压器没有影响,但仍引起研究者的兴趣.励磁涌流和短路故障对变压器绕组的作用力在36有列举.当合闸瞬间可以引起变压器继电器保护动作跳闸.1)利用二次谐波在励磁涌流中占很大比重的特点,可以采用微分继电器保护 2)微分继电器(降低了的对励磁涌流的敏感度)与时间继电器相配合来跨过初始的峰值.