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摘要：本文探讨了变压器励磁涌流产生的原理及其因素，总结性的介绍了励磁涌流抑制技术以供同行参考！
关键词：变压器；励磁涌流；抑制
一般来说，变压器是通过直接合闸（在变压器二次绕组开路的情况下，把一次绕组接到电网称为空载合闸）与电源电压连接来励磁的，这种直接合闸有时会造成一种有电流冲击的瞬变现象，其冲击电流的峰值接近于或大于变压器的额定电流，以致引起自动保护动作。在变压器合闸过程中发生的电流冲击称为励磁涌流，为了有效限制励磁涌流，防止保护装置误动作，通过分析说明与励磁涌流有关的几个因素。在干式变压器设计时，注意防止励磁涌流。
1变压器励磁涌流产生原理及影响因素
1.1产生原理
当变压器空载合闸或外部故障排除后电压恢复时，由于铁芯中的磁通不能突变，变压器的铁芯将严重饱和。此时在变压器线圈内将出现很大冲击电流，即励磁涌流。变压器励磁涌流的大小与变压器铁芯的饱和程度密切相关，铁芯越饱和涌流就越大。
变压器空载合闸时的磁通为：
Φ(t)= -Φmcos(ωt+α)+Φmcosα+Φr (1)
式中： Φm为稳态时的磁通幅值，Φr为剩磁。由式(1)知，流过变压器铁芯的实际磁通Φ(t)由3部分组成，其中：-Φmcos(ωt+α)为稳态磁通；Φmcosα为维持合闸时(t=0)磁通不能突变而产生的暂态磁通，如计及损耗，它应是非周期性衰减的；Φr是剩磁。
变压器是根据电磁感应原理制成的—种电器设备。在电能—磁能—电能能量转换过程中，需要建立一定的磁场。在建立磁场的过程中，变压器绕组中就会产生一定的励磁电流，而变压器铁芯的磁化特性决定了磁场和励磁电流的关系。变压器铁芯越饱和，产生磁场所需要的励磁电流就越大。励磁涌流是变压器在全电压充电时在其绕组中产生的暂态电流，最大峰值可达额定电流的6~8倍，它的大小与变压器投入时系统电压的相位角和铁芯中的剩磁以及系统的阻抗等因素有关。涌流中的高次谐波分量和直流分量，衰减的时间取决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为5~10 s，小容量变压器约为0.2 s，见图1。
图1单相变压器结构
1.2影响因素
由以上分析可知，變压器励磁涌流的大小受变压器合闸的初相角和剩磁的影响。剩磁一定时，若在电压相角α=90°时合闸，则铁芯磁通Φ(t)=-Φmcos(ωt+90°)+Φr，磁通较小，励磁涌流较小；若在电压相角α=0°时合闸，铁芯磁通Φ(t)=-Φmcos(ωt)+Φm+Φr，磁通较大，励磁涌流较大。合闸初相角一定时，剩磁越大，励磁涌流越大。
2励磁涌流抑制技术方法
由于励磁涌流给变压器的运行带来种种不利的影响，电力工作者在大量研究和试验的基础上提出了多种抑制励磁涌流的方法。归纳起来可以分为两大类:一是通过外部控制即在变压器的外部采取一些补救措施以抑制励磁涌流;二是通过内部控制即从变压器铁心的励磁原理出发通过改变变压器的内部结构以达到抑制励磁涌流的目的，具体的方法有以下几种。
（1）变压器低压侧并联电容方法
励磁涌流是由于变压器内磁通饱和引起的，如果采取某种措施限制铁心内磁通达到饱和点，也就达到了削弱或消除励磁涌流的目的。在变压器低压侧并联电容法就是基于这种思想提出的。在变压器低压侧并联一定的电容，变压器低压侧产生的磁通与高压侧磁通极性相反，对主磁通起去磁作用，从而达到抑制励磁涌流的目的。
（2）控制三相开关的合闸速断
由于合闸瞬间外施交流电压的峰值为最大值时，变压器不会产生励磁涌流的特点，可以通过控制三相开关合闸的角度(时间)来抑制励磁电流。当变压器内部无剩磁时，可在施加电压的峰值处合闸，即在合闸角为90°时合闸，变压器内部所产生的磁通接近于零，相应的励磁涌流也很小。但多数情况下，变压器从电源切除后，其内部将有剩磁，可以将剩磁当做预期磁通看待，变压器的最佳合闸点就是预期磁通与剩磁相等时。
（3）选相位关合法
从变压器励磁涌流的影响因素可知，变压器励磁涌流的大小与合闸的初相角有很大关系。选相位关合法通过控制三相合闸的时间，即控制三相开关合闸的初相角来削弱励磁涌流的幅值，是一种行之有效的方法。根据选相位关合法，以及变压器三相绕组内剩磁的形式，可采取2种合闸策略。
1）快速合闸策略：快速合闸是在一相相位角等于90°时先合闸，另外两相在1/4工频周期后合闸。若三相绕组中均无剩磁，A相在最优时间，即在相位角为90°时先合闸，此时在A相绕组中产生的磁通最小，在B、C相中产生的感应磁通为最大磁通的1/2，且其相位超前A相180°的感应磁通，如图2所示。此时，B、C两相合闸的最佳时间就是在1/4工频周期后合闸，这样就能保证B、C两相绕组中的磁通在正常范围之内，从而消除或削弱了励磁涌流。快速合闸适用于三相绕组中剩磁为零，以及三相独立控制合闸时的情况。
图2剩磁为零时A相合闸后三相磁通变化规律
2）延迟合闸策略：延迟合闸策略利用了变压器铁心磁通的平衡作用。假设A相先合闸，则B相和C相中产生的感应磁通不同，如图3所示。B相和C相的感应磁通从各自的剩磁开始,在同一方向上沿其磁滞回线运动。则C相先达到饱和点，而B相仍处在其磁滞回线的线性部分（未饱和区）。此时，由于变压器的非线性，C相绕组的电感将大于B相绕组的电感。因此，B相绕组中磁通增长较快，最后使得C相和B相的磁通趋于相等，从而消除了两相中剩磁的作用。这也被称作铁心磁通的平衡作用。
图3 A相合闸后，B、C两相延迟合闸的磁通变化规律
3）同时合闸策略：这种合闸策略仅适用于剩磁较大的情况，实施这种方案时需要事先知道三相剩磁的具体情况，但不需要三相独立控制的断路器。
（4）改进的中性点串电阻方法
改进的中性点串电阻法是一种简单且经济的削弱空载合闸变压器励磁涌流的方法，即在变压器中性点串入一电阻，三相延时合闸空载变压器。通过对该方法下涌流峰值随中性点电阻值变化的曲线进行理论分析，选择最佳电阻值。该方法只使用一个电阻，但抑制效果类似于在三相线路中分别串联电阻的方法，且对合闸时间没有很精确的要求。
（5）改变变压器绕组的分布
变压器在产生励磁涌流时，铁心处于饱和状态，其磁导率接近于真空中的磁导率，则此时变压器的原边可以看作一个空心线圈，相当于铁心从绕组中移出去，。其磁通线延伸到了铁心以外的区域，如果将变压器原边的绕组从内部移到外部，则相应的截面积增大，空心线圈的电感和截面积成正比，而励磁涌流与空心电感成反比，因此励磁涌流将抑制。这样可以通过改变变压器原边或副边绕组的分布，以增加暂态或涌流时的等效电感来抑制励磁涌流。
（6）内插接地电阻
由于变压器空载合闸时三相励磁涌流不平衡，在三相变压器的中性点处连接一个接地电阻，以承受这种不平衡电流，从而使变压器的励磁涌流得以衰减，且这个接地电阻还可以减弱施加在变压器铁心上的电压，阻止铁心饱和。这种方法要和第一种方法联合使用，可以将励磁涌流的幅值抑制到40%。
（7）串联电阻
变压器合闸时，在变压器的输入端与电网间串联适当电阻可以限制冲击电流，待冲击电流衰减到额定电流之内时再将限流电阻切除。串联电阻法能有效限制冲击电流，有利于合闸冲击电流的快速衰减。
3结束语
变压器在空载合闸时可能产生较大的励磁涌流，将对变压器的运行和电网的安全稳定产生危害。在实际运行操作中很难避免变压器励磁涌流的发生，因此对变压器的励磁涌流进行分析研究具有重要的实际意义。本文在机理上对变压器产生励磁涌流进行了阐述，总结了抑制励磁涌流的措施，可能为工程实际应用提供一定的依据和参考。励磁涌流产生的原因是多方面的，只要掌握励磁涌流的特点，利用科学的鉴别和抑制方法，变压器励磁涌流对系统的影响将被降到最低。
参考文献
[1]贺勋， 束洪春， 李立新。 变压器和应涌流现象分析及应对措施[J]。 电气应用， 2006，(04)
[2]谢达伟，洪乃刚，傅鹏。 一种变压器空载合闸励磁涌流抑制技术的研究[J]。 电气应用， 2007，(03) 。
[3]陈艳，陈小川，高仕斌。 几种削减变压器励磁涌流的方法[J]。 高压电器， 2005，(04) 。
[4]霍现军。 变压器合闸时励磁涌流分析及对策[J]。 江苏电器， 2007，(06) 。
关键词：变压器；励磁涌流；抑制
一般来说，变压器是通过直接合闸（在变压器二次绕组开路的情况下，把一次绕组接到电网称为空载合闸）与电源电压连接来励磁的，这种直接合闸有时会造成一种有电流冲击的瞬变现象，其冲击电流的峰值接近于或大于变压器的额定电流，以致引起自动保护动作。在变压器合闸过程中发生的电流冲击称为励磁涌流，为了有效限制励磁涌流，防止保护装置误动作，通过分析说明与励磁涌流有关的几个因素。在干式变压器设计时，注意防止励磁涌流。
1变压器励磁涌流产生原理及影响因素
1.1产生原理
当变压器空载合闸或外部故障排除后电压恢复时，由于铁芯中的磁通不能突变，变压器的铁芯将严重饱和。此时在变压器线圈内将出现很大冲击电流，即励磁涌流。变压器励磁涌流的大小与变压器铁芯的饱和程度密切相关，铁芯越饱和涌流就越大。
变压器空载合闸时的磁通为：
Φ(t)= -Φmcos(ωt+α)+Φmcosα+Φr (1)
式中： Φm为稳态时的磁通幅值，Φr为剩磁。由式(1)知，流过变压器铁芯的实际磁通Φ(t)由3部分组成，其中：-Φmcos(ωt+α)为稳态磁通；Φmcosα为维持合闸时(t=0)磁通不能突变而产生的暂态磁通，如计及损耗，它应是非周期性衰减的；Φr是剩磁。
变压器是根据电磁感应原理制成的—种电器设备。在电能—磁能—电能能量转换过程中，需要建立一定的磁场。在建立磁场的过程中，变压器绕组中就会产生一定的励磁电流，而变压器铁芯的磁化特性决定了磁场和励磁电流的关系。变压器铁芯越饱和，产生磁场所需要的励磁电流就越大。励磁涌流是变压器在全电压充电时在其绕组中产生的暂态电流，最大峰值可达额定电流的6~8倍，它的大小与变压器投入时系统电压的相位角和铁芯中的剩磁以及系统的阻抗等因素有关。涌流中的高次谐波分量和直流分量，衰减的时间取决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为5~10 s，小容量变压器约为0.2 s，见图1。
图1单相变压器结构
1.2影响因素
由以上分析可知，變压器励磁涌流的大小受变压器合闸的初相角和剩磁的影响。剩磁一定时，若在电压相角α=90°时合闸，则铁芯磁通Φ(t)=-Φmcos(ωt+90°)+Φr，磁通较小，励磁涌流较小；若在电压相角α=0°时合闸，铁芯磁通Φ(t)=-Φmcos(ωt)+Φm+Φr，磁通较大，励磁涌流较大。合闸初相角一定时，剩磁越大，励磁涌流越大。
2励磁涌流抑制技术方法
由于励磁涌流给变压器的运行带来种种不利的影响，电力工作者在大量研究和试验的基础上提出了多种抑制励磁涌流的方法。归纳起来可以分为两大类:一是通过外部控制即在变压器的外部采取一些补救措施以抑制励磁涌流;二是通过内部控制即从变压器铁心的励磁原理出发通过改变变压器的内部结构以达到抑制励磁涌流的目的，具体的方法有以下几种。
（1）变压器低压侧并联电容方法
励磁涌流是由于变压器内磁通饱和引起的，如果采取某种措施限制铁心内磁通达到饱和点，也就达到了削弱或消除励磁涌流的目的。在变压器低压侧并联电容法就是基于这种思想提出的。在变压器低压侧并联一定的电容，变压器低压侧产生的磁通与高压侧磁通极性相反，对主磁通起去磁作用，从而达到抑制励磁涌流的目的。
（2）控制三相开关的合闸速断
由于合闸瞬间外施交流电压的峰值为最大值时，变压器不会产生励磁涌流的特点，可以通过控制三相开关合闸的角度(时间)来抑制励磁电流。当变压器内部无剩磁时，可在施加电压的峰值处合闸，即在合闸角为90°时合闸，变压器内部所产生的磁通接近于零，相应的励磁涌流也很小。但多数情况下，变压器从电源切除后，其内部将有剩磁，可以将剩磁当做预期磁通看待，变压器的最佳合闸点就是预期磁通与剩磁相等时。
（3）选相位关合法
从变压器励磁涌流的影响因素可知，变压器励磁涌流的大小与合闸的初相角有很大关系。选相位关合法通过控制三相合闸的时间，即控制三相开关合闸的初相角来削弱励磁涌流的幅值，是一种行之有效的方法。根据选相位关合法，以及变压器三相绕组内剩磁的形式，可采取2种合闸策略。
1）快速合闸策略：快速合闸是在一相相位角等于90°时先合闸，另外两相在1/4工频周期后合闸。若三相绕组中均无剩磁，A相在最优时间，即在相位角为90°时先合闸，此时在A相绕组中产生的磁通最小，在B、C相中产生的感应磁通为最大磁通的1/2，且其相位超前A相180°的感应磁通，如图2所示。此时，B、C两相合闸的最佳时间就是在1/4工频周期后合闸，这样就能保证B、C两相绕组中的磁通在正常范围之内，从而消除或削弱了励磁涌流。快速合闸适用于三相绕组中剩磁为零，以及三相独立控制合闸时的情况。
图2剩磁为零时A相合闸后三相磁通变化规律
2）延迟合闸策略：延迟合闸策略利用了变压器铁心磁通的平衡作用。假设A相先合闸，则B相和C相中产生的感应磁通不同，如图3所示。B相和C相的感应磁通从各自的剩磁开始,在同一方向上沿其磁滞回线运动。则C相先达到饱和点，而B相仍处在其磁滞回线的线性部分（未饱和区）。此时，由于变压器的非线性，C相绕组的电感将大于B相绕组的电感。因此，B相绕组中磁通增长较快，最后使得C相和B相的磁通趋于相等，从而消除了两相中剩磁的作用。这也被称作铁心磁通的平衡作用。
图3 A相合闸后，B、C两相延迟合闸的磁通变化规律
3）同时合闸策略：这种合闸策略仅适用于剩磁较大的情况，实施这种方案时需要事先知道三相剩磁的具体情况，但不需要三相独立控制的断路器。
（4）改进的中性点串电阻方法
改进的中性点串电阻法是一种简单且经济的削弱空载合闸变压器励磁涌流的方法，即在变压器中性点串入一电阻，三相延时合闸空载变压器。通过对该方法下涌流峰值随中性点电阻值变化的曲线进行理论分析，选择最佳电阻值。该方法只使用一个电阻，但抑制效果类似于在三相线路中分别串联电阻的方法，且对合闸时间没有很精确的要求。
（5）改变变压器绕组的分布
变压器在产生励磁涌流时，铁心处于饱和状态，其磁导率接近于真空中的磁导率，则此时变压器的原边可以看作一个空心线圈，相当于铁心从绕组中移出去，。其磁通线延伸到了铁心以外的区域，如果将变压器原边的绕组从内部移到外部，则相应的截面积增大，空心线圈的电感和截面积成正比，而励磁涌流与空心电感成反比，因此励磁涌流将抑制。这样可以通过改变变压器原边或副边绕组的分布，以增加暂态或涌流时的等效电感来抑制励磁涌流。
（6）内插接地电阻
由于变压器空载合闸时三相励磁涌流不平衡，在三相变压器的中性点处连接一个接地电阻，以承受这种不平衡电流，从而使变压器的励磁涌流得以衰减，且这个接地电阻还可以减弱施加在变压器铁心上的电压，阻止铁心饱和。这种方法要和第一种方法联合使用，可以将励磁涌流的幅值抑制到40%。
（7）串联电阻
变压器合闸时，在变压器的输入端与电网间串联适当电阻可以限制冲击电流，待冲击电流衰减到额定电流之内时再将限流电阻切除。串联电阻法能有效限制冲击电流，有利于合闸冲击电流的快速衰减。
3结束语
变压器在空载合闸时可能产生较大的励磁涌流，将对变压器的运行和电网的安全稳定产生危害。在实际运行操作中很难避免变压器励磁涌流的发生，因此对变压器的励磁涌流进行分析研究具有重要的实际意义。本文在机理上对变压器产生励磁涌流进行了阐述，总结了抑制励磁涌流的措施，可能为工程实际应用提供一定的依据和参考。励磁涌流产生的原因是多方面的，只要掌握励磁涌流的特点，利用科学的鉴别和抑制方法，变压器励磁涌流对系统的影响将被降到最低。
参考文献
[1]贺勋， 束洪春， 李立新。 变压器和应涌流现象分析及应对措施[J]。 电气应用， 2006，(04)
[2]谢达伟，洪乃刚，傅鹏。 一种变压器空载合闸励磁涌流抑制技术的研究[J]。 电气应用， 2007，(03) 。
[3]陈艳，陈小川，高仕斌。 几种削减变压器励磁涌流的方法[J]。 高压电器， 2005，(04) 。
[4]霍现军。 变压器合闸时励磁涌流分析及对策[J]。 江苏电器， 2007，(06) 。