變壓器剩磁產(chǎn)生的原因及危害

變壓器剩磁產(chǎn)生的原因及危害摘要：變壓器是電力系統(tǒng)中重要的電力設(shè)備，起著變換電能的重要作用。但是由于變壓器需要做直阻試驗(yàn)，因而會產(chǎn)生剩磁，由于剩磁的存在，在全壓充電時(shí)會產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，進(jìn)而引起變壓器的保護(hù)誤動(dòng)，進(jìn)而造成變壓器投運(yùn)失敗。關(guān)鍵詞：變壓器剩磁產(chǎn)生原因危害0引言變壓器是基于電磁感應(yīng)原理的一種靜止電器，用于將低電壓變成高電壓、或?qū)⒏唠妷鹤兂傻碗妷?，或隔離交流電源。電力變壓器是電力系統(tǒng)中極其重要的電氣主設(shè)備，它是否能正常工作直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。如果變壓器由于故障造成損壞，檢修難度大、檢修周期長、不但影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，甚至?xí)斐刹豢晒懒康慕?jīng)濟(jì)損失和社會影響。但是，變壓器的剩磁會造成變壓器的保護(hù)誤動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致投運(yùn)失敗。1剩磁產(chǎn)生的原因1.1鐵磁元件的電磁特性一般來說，處于磁場中的鐵磁元件，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不是磁場強(qiáng)度H的單值函數(shù)，而依賴于其所經(jīng)歷的磁狀態(tài)。圖1鐵磁材料的磁滯回線如圖1所示，對以磁中性狀態(tài)為起始態(tài)，即H=B=0，當(dāng)磁狀態(tài)沿起始磁化曲線oabc磁化到C點(diǎn)附近時(shí)，此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度B趨于飽和，曲線幾乎與H軸平行，記此時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為Bs,磁場強(qiáng)度為Hs。此后若減小磁場，則從某一磁場（（b點(diǎn)）開始，磁感應(yīng)強(qiáng)度B隨磁場強(qiáng)度H的變化偏離原先的起始磁化曲線，B的變化落后于H。當(dāng)H減小至零時(shí)，B并不為零，而等于剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度Br。為使B減為零，需要另加一個(gè)反向磁場-Hcm，稱為矯頑力。反向磁場繼續(xù)增大到-Hs，時(shí)，鐵磁元件的磁感應(yīng)強(qiáng)度B沿反方向磁化到趨于飽和-BS。反向磁場減小并再反向時(shí)，按相似的規(guī)律得到另一支偏離反向起始磁化曲線的曲線fegbc。于是，當(dāng)磁場從Hs變成-HS，再從-Hs變成Hs時(shí)，鐵磁元件的磁狀態(tài)由閉合曲線cbde-fegbc描述。其中be與ef兩段對應(yīng)于可逆磁化，B為H的單值函數(shù);而bdegb稱為磁化回線，在此回線上，同一個(gè)H可對應(yīng)于兩個(gè)B值。1.2變壓器產(chǎn)生剩磁的原因由圖1可見，處于變化磁場中的鐵磁元件，當(dāng)磁場強(qiáng)度H為0時(shí)，其磁感應(yīng)強(qiáng)度并不為0，而等于Br，通常稱為剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度，簡稱剩磁。變壓器剩磁產(chǎn)生的主要原因是繞組直流電阻測量試驗(yàn)。直流電阻測量試驗(yàn)是以恒定電流讓繞組飽和，然后測量得出繞組的直流電阻。在繞組飽和的過程中，鐵磁元件經(jīng)歷的磁狀態(tài)為一條類似于圖1中的oabc。當(dāng)直組測量結(jié)束以后，鐵磁原件經(jīng)歷的磁狀態(tài)為cbh，可以看出當(dāng)直流電阻測試完成以后，變壓器中變產(chǎn)生了剩磁。在進(jìn)行直流電阻試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)時(shí)間越長，試驗(yàn)電流越大，剩磁量也就越大。剩磁實(shí)質(zhì)上是鐵磁材料磁滯損耗的一種表現(xiàn)。磁滯損耗是鐵磁元件吸收電能并轉(zhuǎn)化成磁能的結(jié)果，在交流回路中表現(xiàn)為鐵損。也就是說，磁滯損耗是能量轉(zhuǎn)換所形成的，因此與輸入的功率和時(shí)間有關(guān)。即在繞組上輸入的電功率越大，作用時(shí)間越長，剩磁量也就越大。這是導(dǎo)致變壓器產(chǎn)生剩磁的根本原因。2剩磁的危害剩磁主要會引起差動(dòng)保護(hù)和重瓦斯保護(hù)，而引起這兩個(gè)保護(hù)的直接原因均為勵(lì)磁涌流。2.1勵(lì)磁涌流換流變?nèi)妷撼潆姇r(shí)，在其繞組中產(chǎn)生的暫態(tài)電流，即為勵(lì)磁涌流。換流變投入前鐵芯中的剩余磁通與變壓器投入時(shí)工作電壓產(chǎn)生的磁通方向相同時(shí)，其總磁通量可超過鐵芯的飽和磁通量，因此產(chǎn)生了較大的涌流。如圖2所示，換流變在全電壓充電的時(shí)的磁路圖，圖中u1為網(wǎng)側(cè)輸入電壓，i1為側(cè)繞組的電流，e為感應(yīng)電壓，根據(jù)電磁感應(yīng)可以得到公式（1）。（1）其中r為繞組內(nèi)阻。圖2換流變在全電壓充電的時(shí)的磁路圖進(jìn)而，可以得到公式（2）。（2）當(dāng)換流變壓器以及輸入電壓確定以后，可知，網(wǎng)側(cè)繞組電流取決于感應(yīng)電動(dòng)勢e，而e的大小取決于磁通的變化率，且與磁通變化率成正比。當(dāng)變壓器存在剩磁，且感應(yīng)磁通與剩磁的方向一致時(shí)，那么磁通的變化率便會減小，進(jìn)而導(dǎo)致感應(yīng)電動(dòng)勢的值減小，最終導(dǎo)致電流i增大，根據(jù)數(shù)據(jù)表明此電流可以達(dá)到換流變壓器額定電流的6-8倍，甚至更大。2.2剩磁引起重瓦斯保護(hù)的機(jī)理通過電流的導(dǎo)線周圍有磁場，而磁場作用于其范圍的鐵磁物質(zhì)使其受力，此力被稱之為電動(dòng)力?？梢姡儔浩髟谌珘撼潆姇r(shí)網(wǎng)側(cè)繞組的電流越大，則電動(dòng)力越大，進(jìn)而導(dǎo)致變壓器振動(dòng)越大，此振動(dòng)可以引起變壓器內(nèi)部絕緣油的涌動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致瓦斯繼電器油流擋板動(dòng)作，最終接通重瓦斯的接點(diǎn)，使換流變閉鎖。2.3剩磁引起重差動(dòng)保護(hù)的機(jī)理剩磁產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流會對如3中紅色方框內(nèi)處的電流值產(chǎn)生影響，但是由于勵(lì)磁涌流持續(xù)時(shí)間短，僅有數(shù)百微秒，故僅會引起差動(dòng)保護(hù)，其他會引起的保護(hù)，比如過流保護(hù)其延遲時(shí)間都是秒級，不會引起保護(hù)的動(dòng)作。3案例分析下面介紹上海某220kV變電站1號主變壓器因剩磁引起的變壓器重瓦斯保護(hù)，進(jìn)而引起的主變投運(yùn)不成功案例。事故描述：按照檢修計(jì)劃，在對上海某220kV變電站1號主變壓器進(jìn)行一系列預(yù)防性試驗(yàn)后，該變壓器各項(xiàng)電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合相關(guān)規(guī)程要求，可以投運(yùn)。但待運(yùn)行人員依照調(diào)度指令將該主變投運(yùn)時(shí)，卻出現(xiàn)變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作、開關(guān)跳閘等異常狀況，主變投運(yùn)不成功?，F(xiàn)場檢查：通過檢查，發(fā)現(xiàn)瓦斯繼電器內(nèi)無氣體、其密封性能良好，觀察窗內(nèi)變壓器油顏色正常，變壓器本體和油枕無滲漏油現(xiàn)象，油溫和油位指示正常，變壓器油色譜檢查也未見異常。事故分析：經(jīng)過分析，初步懷疑引起變壓器跳閘的原因:變壓器在進(jìn)行直流電阻試驗(yàn)時(shí)，選擇的電流值稍大、環(huán)境溫度較低、預(yù)試完畢后不久就進(jìn)行投運(yùn)操作，不利于變壓器剩磁的自衰減。當(dāng)空載充電時(shí)，由于剩磁的原因，導(dǎo)致勵(lì)磁涌流過大、主變線圈或者器身振動(dòng)加劇、變壓器油流涌動(dòng)增強(qiáng)，引發(fā)重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。處理措施：在作出上述判斷后，電氣試驗(yàn)人員立即對變壓器剩磁進(jìn)行了處理。待調(diào)度發(fā)出指令后，運(yùn)行人員再次將該主變投運(yùn)，設(shè)備投運(yùn)成功。4小結(jié)本文著重分析了剩磁產(chǎn)生的原因，從鐵磁元件的特性入手，具體分析了變壓器的剩磁是由于直流電阻試驗(yàn)產(chǎn)生的。進(jìn)而分析了剩磁產(chǎn)生的危害，主要是產(chǎn)生差動(dòng)保護(hù)和重瓦斯保護(hù)。最后，進(jìn)行了案例分析，本文對于變壓器的剩磁分析具有一定的指導(dǎo)意義。參考文獻(xiàn)：李卓，張晏銘.220kV變電站主變壓器沖擊合閘異常分析[J/OL].河北電力技術(shù),2016