换流变压器交流消磁及验证装置分析 　　

　　(海装沈阳局驻葫芦岛地区军事代表室，辽宁 葫芦岛 125004）

       摘 要：在电网规模逐渐扩大的背景下，换流变压器成为转换电能最关键的装备，其稳定性与可靠性与电网运行有着十分密切的关联。本文通过换流变压器直流电阻试验，明确装备铁心中存有剩磁，基于变压器励磁涌流抑制技术，对换流变压器交流消磁以及验证装置的研制开展相关研究，以期能够在较短时间内消磁并验证铁心的剩磁水平，希望为相关学者提供科学参考。

　　关键词：换流变压器；交流消磁；验证装置

　　前言：

　　过大的励磁涌流，会造成变压器的差动保护、瓦斯保护出现误动作，甚至会发生直流闭锁现象。为保证电网运行稳定与可靠性，有必要对换流变压器铁心的剩磁水平进行验证，以此达到抑制励磁涌流的目的，最大程度延长换流变压器的使用寿命，提升电力生产现场的工作质量与效率。

　　1 换流变压器励磁涌流抑制技术

　　为避免换流变压器出现过大的励磁涌流现象，产生误动作，需要采用一定的退出保护、延时保护等措施来降低励磁涌流对装备的损害。

　　在降低励磁涌流现象产生的过程中，可采用以下几种抑制技术：一，低压侧并联电容器。该种方法能够根据磁化电杆精准的判断出需要抑制的励磁涌流电容值，注意电容值不宜过大，以此避免对系统谐振频率造成负面影响。二，串联合闸电阻。采用串联开关电阻器能够获得较为良好的效果，不仅能够增加回路电阻，还会降低励磁涌流峰值，避免励磁涌流尖峰值维持较长时间。三，对变压器采用保护方法。主要是运用变压器绕组回路方式对换流变压器的互感磁通进行科学的计算，在等式不再成立时，便可判断出变压器的运行状态，能够有效避免对波形特征产生较强的依赖，对提升电网运行安全性与稳定性具有十分重要的现实意义[1] 。

　　2 剩磁的产生与消除

　　2.1 换流变压器剩磁的产生

　　换流变压器中磁性材料的磁场强度与磁感应强度，并不是一一对应的函数关系，其变化关系与磁场的磁化状态有着密切关联，当外磁场对磁性材料产生一定的作用，就会由原有的无规则状态向有规则状态方向转变，并且规则的排列方式与磁场强度方向大致相同，同时还会发生畴壁位移，原来的磁畴结构也会随之改变，所以磁性材料的磁场方向均处于一种饱和状态，这一系列的变化过程便称为磁化，而剩磁是其中不可逆磁化的标志，主要是对磁化强度产生一定的稳定作用。

　　2.2 换流变压器剩磁的消除

　　在换流变压器中，消除铁心剩磁的机理包括直流消磁法、交流消磁法与升温法。其中，直流消磁法就是运用直流电来模拟变压器的交流工作状态，从装备正、反两个方向通入直流，以此达到减小剩磁的目的。交流消磁法主要是缓慢升高中性点接地的电压，升至 50%额定值时维持五分钟，升至 100%额定值为维持 5 分钟，直到完全消磁。升温法则是利用环境温度来消除变压器铁芯中的剩磁。

　　3 验证换流变压器交流消磁的装置

　　3.1 快速验证方法的确定

　　为确定交流剩磁与其他便于检测物理量之间的关系，主要是在换流变压器的低压一侧施加 220V 的交流电压，以此形成可供试验的回路，进而分析换流变压器铁芯剩磁数量与电流之间的关系。变压器的励磁涌流具有一定的谐波特性，在 t=0 时，变压器处于空载合闸状态，电压与磁通之间具有一定的关系，在不考虑铁芯磁通突变与变压器损耗的情况下，通过微分方程求出某个时刻铁芯剩磁大小。对于刚停役的变压器，铁芯的剩磁大小、方向与分闸后的磁通变化状况有关。通过对交流充电电流强度、时间以及电流方向的分析，可明确变压器铁芯闭合情况下的电感呈现非线性变化关系，考虑到变压器铁芯截面积、绕组匝数以及铁芯回路长度，还应对换流变压器的绕组暂态磁通以及磁导率进行计算。

　　图 1 变压器空载合闸后暂态磁通

　　当回路中电流 i 逐渐增大到一定值后，采取消磁措施，能够大大降低变压器铁芯磁通的饱和度。因此，只要对交流消磁试验前后验证剩磁电路中的绕组电流有效值进行判断之后，便能够准确预测出铁芯中是否存有剩磁[2] 。

　　3.2 验证试验

　　3.2.1 交流消磁有效性

　　针对换流变压器未加装合闸电阻情况下，励磁涌流具备的特性，可进行直流消磁与交流消磁有效性的对比试验，以此明确交流消磁关键点，拟选用型号为 SFP-1170000/500 的变压器，其接线方式为 YNd11，采用直流电阻测试仪读取变压器助磁之后的三相电阻值，然后再采用交流消磁法对变压器铁芯消磁情况进行验证。试验流程为：由发动机组为变压器提供消磁电源，待装备的电压为 50%额定值，并维持五分钟，降到 0V 之后再逐渐升到电压至 100%额定值，同样维持五分钟，然后再缓慢降低电压到 0V，然后采用研发的验证装置对换流变压器的绕组电流进行检测，以此明确交流消磁效果。采用交流消磁法得到的对比数据如下表所示。

　　表 1 交流消磁前后换流变压器的绕组电流

　　相别  电压/V  助磁后绕组电流/mA  交流消磁后绕组电流/mAab  220  299  108bc  220  301  111ca  220  534  158针对换流变压器实施的直流消磁法与交流消磁法，明确交流消磁法能够显著降低变压器的绕组电流，但却没有达到完全去磁的效果，但是此时变压器铁芯已经处于零剩磁状态，基本达到消除变压器励磁涌流的目的。

　　3.2.2 剩磁验证

　　对 220V 的三相绕组变压器进行剩磁验证，以此明确交流消磁验证装置的有效性，主要是对换流变压器进行一系列电阻试验，并对测得的三相剩磁进行验证，进行试验前的换流变压器铁芯处于一种剩磁状态，其绕组电流之间虽然十分相近，但是并不完全相同。在进行交流电阻试验之后，三相变压器的剩磁增加量与初始阶段的剩磁量相比得到显著增加，根据交流试验的充电时间、电阻试验先后顺序，对换流变压器使用交流消磁验证装置，能够明确各个时段变压器的绕组电流，当装备各相绕组电流小于交流电阻试验的结果时，说明验证装置具有显著的消磁效果，并且换流变压器的铁芯剩磁情况能够恢复到消磁之前的水平。因此，研制交流消磁验证装置，不仅能够有效削弱铁芯中的交流电阻，而且能够以电流对比形式快速恢复装置磁通量，对延长装备使用寿命、避免过大励磁涌流误动作具有十分重要的现实意义[3]。

　　3.3 研制验证装置

　　结合交流消磁试验结果，明确交流消磁法具有良好的应用效果，运用这种方法研制一种剩磁验证装置。研制流程为：对 220V 的检修电源进行一系列的交流消磁试验以及剩磁验证试验，然后从装备低压一侧施加交流消磁法，同时结合消磁模块以及剩磁验证模块，明确变压器的绕组电流。对需要检修的设备完成剩磁验证试验之后，对电路回路中的电流有效值进行检测，需要在检测之前，明确绕组回路中 ab、bc、ca 中的电流，通过交流电阻试验前的数据进行对比，以此判断换流变压器铁芯中的剩余磁通量能否恢复到原有水平。整个识别过程，不能考虑变压器铁芯的磁滞与非线性饱和，这样才能模拟出真实铁芯中的剩磁。换流变压器中受控制的电路能够及时切出影响变压器运行的正常激励，并且能够对每一相中的剩磁进行精确的模拟，通过相关模型的表达，能够明确进行你和两者之间的非线性特性，然后由电流的正负来选择合适的选择输入器模块，使得变压器铁芯的检测断路能够自如的闭合或是断开。

　　结论：综上所述，本文通过换流变压器交流消磁有效性以及剩磁水平进行验证之后，明确了剩磁验证装置研制的关键点，总结的交流剩磁验证方法对换流变压器顺利投入运行具有重要意义，并且能够有效消除变压器运行过程中铁心产生的励磁涌流，装置本身具有的体积小、操作简单、重量轻等特点，对电力工作顺利开展提供了有力保障。

　　参考文献：

　　[1]刘志远，于晓军，邹洪森，等.换流变压器交流消磁及验证装置的研究[J].电力工程技术，2020，39(04)：194-200.

　　[2]朱旭亮，何金，胡振彬，等.油油套管变压器铁心剩磁检测与励磁涌流评估决策研究[J].河南科技，2019(14)：69-71.

　　[3]何梦，徐楠，李海南，等.变压器消磁及剩磁验证装置的研制[J].电力与能源，2018，39(03)：310-314.