抑制變壓器勵磁涌流的新方法

　　[摘要]
　　變壓器勵磁涌流不僅導致繼電保護誤動，由其衍生的電網電壓驟降、諧波污染、和應涌流、鐵磁諧振過電壓等都給電力系統運行帶來不可低估的負面影響。數十年來人們通過識別勵磁涌流特征的方法來減少繼電保護的誤動率，但并未獲得良好的回報，誤動率仍居高不下。至于對電壓驟降、諧波污染、和應涌流等的消除更一籌莫展。究其原因是人們認為勵磁涌流的出現不可抗拒，只能采用“識別”的對策，即“躲”的對策。其實，換個思路——“抑制”，是完全可以實現的，而且已經實現了。
　　[關鍵詞]勵磁涌流磁路飽和涌流抑制器
　　
　　0、引言
　　變壓器勵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，空投電源時都將誘發一個暫態過程。在電力變壓器空載接入電源時及變壓器出線發生故障被繼電保護裝置切除時，因變壓器某側繞組感受到外施電壓的驟增而產生有時數值極大的勵磁涌流。勵磁涌流不僅峰值大，且含有極多的諧波及直流分量。由此對電網及電器設備造成極為不利的影響。
　　
　　1、勵磁涌流的危害性
　　1.1引發變壓器的繼電保護裝置誤動，使變壓器的投運頻頻失敗；
　　1.2變壓器出線短路故障切除時所產生的電壓突增，誘發變壓器保護誤動，使變壓器各側負荷全部停電；
　　1.3A電站一臺變壓器空載接入電源產生的勵磁涌流，誘發鄰近其他B電站、C電站等正在運行的變壓器產生“和應涌流”(sympatheticinrush)而誤跳閘，造成大面積停電；
　　1.4數值很大的勵磁涌流會導致變壓器及斷路器因電動力過大受損；
　　1.5誘發操作過電壓，損壞電氣設備；
　　1.6勵磁涌流中的直流分量導致電流互感器磁路被過度磁化而大幅降低測量精度和繼電保護裝置的正確動作率；
　　1.7勵磁涌流中的大量諧波對電網電能質量造成嚴重的污染。
　　1.8造成電網電壓驟升或驟降，影響其他電氣設備正常工作。
　　數十年來人們對勵磁涌流采取的對策是“躲”，但由于勵磁涌流形態及特征的多樣性，通過數學或物理方法對其特征識別的準確性難以提高，以致在這一領域里勵磁涌流已成為歷史性難題。
　　
　　2、勵磁涌流的成因
　　抑制器的重要特點是對勵磁涌流采取的策略不是“躲避”，而是“抑制”。理論及實踐證明勵磁涌流是可以抑制乃至消滅的，因產生勵磁涌流的根源是在變壓器任一側繞組感受到外施電壓驟增時，基于磁鏈守恒定理，該繞組在磁路中將產生單極性的偏磁，如偏磁極性恰好和變壓器原來的剩磁極性相同時，就可能因偏磁與剩磁和穩態磁通疊加而導致磁路飽和，從而大幅度降低變壓器繞組的勵磁電抗，進而誘發數值可觀的勵磁涌流。由于偏磁的極性及數值是可以通過選擇外施電壓合閘相位角進行控制的，因此，如果能掌握變壓器上次斷電時磁路中的剩磁極性，就完全可以通過控制變壓器空投時的電源電壓相位角，實現讓偏磁與剩磁極性相反，從而消除產生勵磁涌流的土壤——磁路飽和，實現對勵磁涌流的抑制。
　　長期以來，人們認為無法測量變壓器的剩磁極性及數值，因而不得不放棄利用偏磁抵消剩磁的想法。從而在應對勵磁涌流的策略上出現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的電壓合閘相位角，使其不產生偏磁，從而避免空投電源時磁路出現飽和。另一條路是利用物理的或數學的方法針對勵磁涌流的特征進行識別，以期在變壓器空投電源時閉鎖繼電保護裝置，即前述“躲避”的策略。這兩條路都有其致命的問題，捕捉不產生偏磁的電源電壓合閘角只有兩個，即正弦電壓的兩個峰值點（90°或270°），如果偏離了這兩點，偏磁就會出現，這就要求控制合閘環節的所有機構（包括斷路器）要有精確、穩定的動作時間，因為如動作時間漂移1毫秒，合閘相位角就將產生18°的誤差。此外，由于三相電壓的峰值并不是同時到來，而是相互相差120°，為了完全消除三相勵磁涌流，必須斷路器三相分時分相合閘才能實現，而當前的電力操作規程禁止這種會導致非全相運行的分時分相操作，何況有些斷路器在結構上根本無法分相操作。
　　用物理和數學方法識別勵磁涌流的難度相當大，因為勵磁涌流的特征和很多因素有關，例如合閘相位角、變壓器的電磁參數等。大量學者和工程技術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是容忍勵磁涌流出現，它對電網的污染及電器設備的破壞性依舊存在。