浅谈变压器的励磁涌流

变压器绕组中， 励磁电流 与 磁通 的关系，由 磁化特性 决定，铁芯越 饱和 ，产生一定的磁通所需要的励磁电流就越大。

在变压器 空载投入 和 外部故障切除 后电压恢复时，由于变压器电、磁能的快速转换，铁芯中磁通密度大大增加，铁芯饱和现象非常严重，励磁电抗大大 减小 ，因而励磁电流数值大增，由磁化特性决定的电流波形很 尖 ，此电流即励磁涌流，其一般为变压器额定电流的 5～10倍 ，为空载电流的 50～100倍 ，单衰减较快。

励磁涌流含有很大成分的 非周期分量 、含有大量的高次 谐波 分量且以二次谐波为主，波形为尖顶波，且波形之间有间断，并偏向时间轴的一侧。

励磁涌流的大小与 电源电压值 和 合闸 初相角 、 合闸前铁心磁通值 和 剩磁方向 、 系统 等值阻抗值和相角、 变压器绕组 的接线方式和中性点接地方式、铁心材质的磁化特性、磁滞特性等、铁心结构型式、工艺组装水平有关。

一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。

励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的 5～10倍 。

在正常稳态时铁心中的磁通滞后外加电压 90° （电感上的电流落后外加电压90°），磁通Φ落后电压U 90°相位角。

如果在合闸瞬间，电压正好达到最大值时，则磁通的瞬间值正好为 零 ，即在铁芯里一开始就建立了稳态磁通，在这种情况下，变压器不会产生励磁涌流。

当合闸瞬间电压为零值时，它在铁芯中所建立的磁通为最大值（Φm）。

可是，由于铁芯中的磁通不能突变，既然合闸前铁芯中没有磁通，这一瞬间仍要保持磁通为 零 。

因此，在铁芯中就出现一个非周期分量的磁通Φfz，其幅值为Φm。

铁芯里的总磁通Φ应看成两个磁通相加而成，铁芯中磁通开始为零，到 1/2 T 时，两个磁通相加达最大值，达到 2Φ 。

因此，在电压瞬时值为 零 时合闸情况最严重。

励磁涌流的大小和衰减速度，与合闸瞬间外加电压的相位，铁芯中 剩磁 的大小和方向、电源容量、变压器的容量及铁芯材料等因素有关。

励磁涌流的大小和衰减速度

对于三相交流变压器，由于三相之间相差 120° ，所以任何瞬间合闸至少有 两相 出现不同的励磁涌流，它对变压器差动保护的正确动作有不利影响，而在稳态运行及差动范围外发生故障时则影响不大。

由于电力系统较为复杂，以致出现变压器在没有 切除负荷 的情况下恢复电压，由于负荷回路的存在以及故障发生和切除时铁芯的磁链状态，并且变压器铁芯在暂态过程中存在 非线性 ，使得带负荷恢复性涌流有其特殊的 电磁暂态 过程。

变压器带负荷恢复，一般有两种情况：

在变压器保护区外故障，故障切除后恢复电压;以及我公司厂用 低压变压器 所采用的运行方式，即变压器备自投投入时，故障变压器跳开，备用变压器投入的情况。

带负荷恢复性励磁涌流，其在故障期间存在两个分量：

一个 暂态分量 ，一个 稳态分量 ，稳态分量与故障程度成正比，若在变压器一次侧近端处，则稳态分量约为 零 ，暂态分量的衰减很大程度上决定于负荷的性质。故障切除后的暂态过程中，电流的暂态分量衰减的很快，二次侧电流将会很快达到稳定的负荷电流。

通过对变压器两侧差流数据的分析，带负荷恢复性涌流的特征是：

峰值不大，在变压器额定电流的 3倍 左右。

二次谐波含量丰富，远远超过二次谐波制动的经验值 15% 。

涌流的衰减速度比较缓慢，容易造成电流互感器的 暂态饱和 。

变压器存在铁芯的 涡流损耗 和 磁滞损耗 。

这些损耗在等效电路上可以用 并联电阻 来表示，由于 损耗很小 ， 并联 电阻很大 ，对变压器的涌流衰减影响很小，可以忽略。

不考虑变压器和系统的损耗，并假设 Ls=Lσ=0 ，变压器磁通Φ的变化关系为：

Φ（θ）= Φp一Φmcos（θ），θ≥α

式中Φm为变压器的 稳态磁通幅值 ，Φp称为变压器的 偏磁 。

Φp=Φmcos（α）+ Φres 为变压器的剩磁。

设θJ.K为 第k个涌流周期的间断角，则：

θJ.K=θ2.K-1+θ1.K

变压器差动保护原理建立在 稳态磁路平衡 的基础上，是 差动保护原理 的一种拓展。

在暂态过程中这种平衡关系将被打破，只有等到暂态过程衰减后，原先的平衡关系才能重新建立。

变压器差动保护中的关键问题是如何处理励磁涌流导致的误动，目前常用的涌流闭锁方法有：

采用具有速 饱和铁芯 的差动继电器

鉴别短路电流和励磁涌流的 波形

利用二次谐波制动，制动比一般为

15%～20%

采用利用波形 对称原理 的差动继电器

励磁涌流是一次系统在 稳态 和 衰减直流分量叠加磁链 的激励下，作用于 非线性励磁特性 的电流输出。

在保护的数字信号处理中，将衰减的直流分量在时间上截断并进行了 周期延拓 ，导致产生成了离散的 幅度谱 ，混叠到了原来的幅度谱中，影响了二次谐波分量的大小，给 二次谐波制动原理 的 差动保护 带来了困难。

接入速饱和电流互感器阻止励磁涌流传递到 差动继电器 中，当励磁涌流进入差动回路时，由于速饱和电流互感器的铁芯具有 极易饱和 的特性，其中很大的非周期分量使速饱和电流互感器的铁芯迅速严重饱和， 励磁阻抗锐减 ，使得励磁涌流中几乎全部非周期分量及部分周期分量电流从速饱和电流互感器的一次 侧绕组 通过，变换到二次侧绕组的电流就很小，差动保护就不会动作。

只要合理调节速饱和电流互感器 一二次侧绕组匝数 ，就可以更好的消除励磁涌流对差动保护的影响。

励磁涌流在变压器保护整定计算及实践中有很深远的意义，本文只浅显的谈了其特征、衰减计算及防范方法，还有很多方面没有涉及。

随着电力系统的发展，大容量变压器的广泛使用，微机保护被越来越多应用，其技术日趋成熟，对励磁涌流判别及防范方法也更加完善，因励磁涌流引起的误动必将大大减少。