发布时间 : 星期二 文章抑制励磁涌流的新对策——偏磁与剩磁互克更新完毕开始阅读74f7f6e86294dd88d0d26b22
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总磁通由剩磁、偏磁（暂态磁通）及稳态磁通三者组成。不难看出在图2-2偏磁的情况下，如剩磁为正，则总磁通曲线向上平移，即磁路更易饱和，励磁涌流幅值会更大。如剩磁为负，则励磁涌流将被抑制。随着偏磁Φp的衰减，总磁通Φ将逐步与稳态磁通Φs重合，变压器进入稳态运行。
图2-3是铁磁材料的磁滞回线，它描述在磁路的励磁线圈上施加交流电压时，磁势H也相应的从-Hc到Hc之间变化，由H产生的磁通Φ（或磁通密度B=Φ/S）将在磁滞回线上作相应的变化。如果H在回线上的某点突然电流I减到零，则B将随即落到对应B轴的某点上，该点所对应的B值即为剩磁Br。可以看出剩磁的数值和极性与切断励磁电流的相位角有关，如果在B=f(H)曲线第Ⅰ、Ⅱ象限切断励磁电流（即H=0）则剩磁为正或零，在Ⅲ、Ⅳ象限切断励磁电流，则剩磁为负或零。
3 励磁涌流的抑制方法
变压器在正常带电工作时磁路不饱和，磁路中的主磁通波形与外施电源电压的波形基本相同，即是正弦波。磁路中的磁通滞后电源电压90°，因此可以通过监测电源电压波形实现对磁通波形的监测，进而获取在电源电压断电时剩磁的极性。变压器空投上电时产生的偏磁Φp也一样，因偏磁
?p???mSin?e?R1tL1，电源电压上电时的初相角α在Ⅱ、Ⅲ象限区间内产生的偏磁极性为负，而初相
角α在Ⅰ、Ⅳ象限区间内产生的偏磁极性为正。显然，剩磁极性可知，偏磁极性可控，只要空投电源时使偏磁与剩磁极性相反，再与稳态磁通Φs共同作用，涌流即受到抑制。
图3-1为单相变压器初级电压u、稳态
0Φsat--饱和磁通Φp--偏磁Φs--稳态磁通α--合闸角Φ--合成磁通uuΦr--剩磁①u--初级电压α'--分闸角u④ΦsΦm②Φr1Φsat分闸2合闸1MΦ1合闸2αα'磁通Φs、偏磁Φp、剩磁Φr、合成磁通
Φr2Φp2NΦ与合闸角α及分闸角α’ 的关系曲线图,变压器处于稳态时稳态磁通Φs滞后电源电压u 90°，如图3-1中曲线①及曲线②所示。图3-1中的曲线③为合闸瞬间（即t=0时）偏磁的极性及数值与α的关
③④Φsat分闸10102Φp1uuΦ2 图3-1 变压器初级电压u、稳态磁通Φs、剩磁Φr、偏磁Φp、合成磁通Φ与分闸角和合闸角的关系曲线图系曲线，可以看出变压器在合闸角α空载上电时所产生的偏磁Φp，与相同α稳态磁通Φs的瞬时值大小相等、极性相反。Φp1和Φp2为对应合闸1的M点和合闸2的N点的偏磁，其最大值可达稳态磁通Φs的峰值Φm，而剩磁Φr幅值与磁路材料的特性有关。不难看出在电压u的某初相角α’分闸，和在与α’相同的初相角α合闸所产生的偏磁和剩磁的极性正好相反，也就是说通过分闸时监测电源电压的分闸角α’，并将α’
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保存下来，在下次空投变压器时选择在合闸角α等于或接近α’时加上电源，偏磁就可与剩磁反向，再加上稳态磁通Φs它们的合成磁通Φ将小于饱和磁通Φsat，因变压器设计的饱和磁通一般都大于稳态磁通峰值Φm，磁路因而不会饱和，从而实现了对励磁涌流的抑制。对于三相变压器也一样，由于三相电源电压在断路器三相联动切除时所得到的三相分闸相角 αA’、αB’、αC’各相差120°，三相剩磁极性也因三相各相差120?而不同，而在三相联动合闸时三相的合闸初相角αA、αB、αC也是相差120°，三相偏磁极性也各不相同，这样就自然实现了变压器三相磁路中的偏磁和剩磁都是互克的，从而避免了一定要断路器分相分时操作才能抑制励磁涌流的苛求，也就是说三相联动断路器也支持对三相涌流的抑制，这是这一抑制技术最重要的特征。
U,Φ分闸合闸UAΦSAUBΦrBΦrBΦrAUCΦrAΦrCΦrCbka cΦpCΦpAΦpBtωΦSBΦSCUC、UB、UC----三相电压、ΦSA、ΦSB、ΦSC三相稳态磁通ΦrA、ΦrB、ΦrC----三相电源分闸后剩磁，ΦpA、ΦpB、ΦpC三相合闸后偏磁ΦpAo=-ΦrA+ΦKAΦpBo=ΦrB-ΦKBΦpCo=-ΦrC+ΦKC图3-2 三相电压合闸角等于分闸角时ΦS、Φr、Φp 时序图
图3-2为三相电源合闸角等于分闸角时三相Φs、Φr、Φp的时序图，它明晰地描述了通过三相联动断路器实现三相励磁涌流的抑制原理。显然，合闸后Φs、Φr、Φp三者合成不会导致磁路饱和。 由于抑制励磁涌流只要偏磁和剩磁极性相反即可，并不要求完全抵消，因而当合闸角相对前次分闸角有较大偏差时，只要偏磁不与剩磁相加，磁路一般就不会饱和，这
相α=90°合相α=0°合就大大降低了对断路器操作机构动作时间的精度要求，为这一技术的实用化奠定了基础。有时磁路的剩磁可能很小，甚至接近于零，这样就不可能出现磁路饱和，因仅仅只有偏磁作用不足以导致磁路饱和，
相α=270°合相α=180°合 相分闸角α'0°30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330°360°图3-3 分闸角α'与合闸角α对励磁涌流影响的实录曲线5
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它的最大值只为Φm，而Φsat肯定大于Φm。根据分闸角α’选择合适的合闸角α，使合闸瞬间的偏磁Φp与原来磁路中的剩磁Φr极性相反，并不是寄希望这两个磁通相抵消使磁路不致饱和。而是当Φp与Φr极性相反时，紧接着稳态磁通Φs的加入必将使合成磁通不越出饱和磁通值，从而实现对励磁涌流的抑制。
图3-3选录了四条变压器励磁涌流实测Iinr与分闸角α’和合闸角α的关系曲线，可以看到，在合闸角α为90°或270?时，空投变压器的励磁涌流与变压器的前次分闸角无关，且都为零。原因是在变压器初级电压过峰值时上电不产生偏磁，不论变压器原来是否有剩磁都不会使磁路饱和。当然，如果使用三相联动断路器是不可能做到三相的偏磁都为零。而当合闸角α为0°或180°时则空投变压器的励磁涌流与前次分闸角α’密切相关，当α与α’相近（大约相差在±60°内）时励磁涌流被抑制，此后α与α’偏离越大，励磁涌流也越大。由此可以看到如断路器的合闸时间漂移在±3ms时对涌流的抑制基本无影响。当今的真空断路器和SF6断路器的分、合闸时间漂移都在1ms之内，完全可以精确实现对励磁涌流的抑制。这一特征为涌流抑制提供了宽松的实施条件，它不同于目前国外流行的“Point-on-wave controller、Circuit breaker phase synchronizing device、Switchsync controller 、CB watcher-monitoring and synchro等产品，要求精确地捕捉到电压峰值点以实现不产生偏磁，稍有误差就会有较大的励磁涌流，为此，他们对温度、气压、油压、操作电压等影响断路器的合闸时间的因素都要进行实时修正，使电路复杂化。而本文所述的用偏磁与剩磁互克（或反向）的方法实现对励磁涌流的最大限度抑制，并不要求偏磁与剩磁完全抵消，只要它们极性相反即可，这也正是为什么可以在合闸角对分闸角偏差在±60°范围内漂移时都能很好实现对励磁涌流的良好抑制，对断路器合闸时间的变化有良好的兼容性。
应该指出，变压器断电后留在三相磁路中的剩磁在正常情况下是不会衰减消失的，更不会改变极性。只有在变压器铁心受到高于材料居里点的高温作用后剩磁才会衰减或消失，但一般的电站现场不会出现这种情况。退一步讲，剩磁消失是件好事，它降低了引起磁路饱和的概率，和降低了磁路的饱和度。此外，考虑到断路器的主触头在合闸和分闸过程中均会出现预击穿和拉弧现象，因此在确定分闸角和合闸角时要作一定的修正补偿。
TV电源UAUBUCTA4 涌流抑制器的几种典型应用示例
涌流抑制器与断路器联接的原理框图如图4-1。 涌流抑制器接入被控电路的电流及电压信号，获取三相电源电压的分闸角和合闸角。断路器的分、合闸命令经由涌流抑制器发送给断路器的分、合闸控制
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三相分SID-3YL 合/分相或联合/分闸令涌 流 动操作抑制器断路器RS485上位机辅助接点UAUBUC变压器 或电容器图4-1 控制原理框图 WebSite: http://www.szidd.com E-mail:szidd@163.net
回路。涌流抑制器的典型应用方式有以下四种，如图4-2至图4-5。配置要点如下：
4.1 SID-3YL应安装在变压器或电容器的电源侧的断路器分、合闸控制回路中。对端无电源的馈线断路器不需要安装。
4.2 SID-3YL支持三相断路器三相联动分、合，也支持三相分相、分时分、合。 4.3 输入SID-3YL的合控制或分控制信号可来自于手动、自动装置或继电保护装置。SID-3YL的输出直接控制断路器的合闸与分闸。
4.4 SID-3YL具有自动识别并保存分闸时电源分闸相角的功能，故分闸控制信号可不经SID-3YL，而是由人工或自动装置或保护装置直接对断路器实施分闸控制。
4.5 SID-3YL可接受经RS-485总线来自上位机的合、分控制命令，及全球定
位系统GPS的对时信号，如图4-2，变压器各电源侧断路器的SID-3YL在执行分闸控制后立即经现场总线
电源电容器合合分联络变分合合合分上位机分合合分分分合分图4-2 系统联络变的涌流抑制器配置图向其他电源侧的SID-3YL广播分闸时间及分闸相位
合分角，以确定最后使变压器脱离电源时的分闸角，作为下次第一个实施空投变压器操作的合闸相位角。在没
合分配电变有上位机的变电站，SID-3YL之间也可实现分闸时间及分闸相位角的互传。
图4-3 多台变压器共一个断路器的涌流抑制器配置图4.6 SID-3YL可实现电力电容器的即切即投，免除电容器断电后必须经放电设备放电的操作，例如备自投装置切除工作电源时，虽同时切除了电力电容器，且电容器上留有与分闸相位角相关的剩余电压，但在备自投装置投入备用电源时，可经SID-3YL同时投入电力电容器，这种即切即投方式保证了无功功率、电压及功率因数仍维持备自投装置动作前的正常水平。
4.7 由于变压器空投时不产生励磁涌流，因此，相关
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分裂变合合分分图4-4 单侧电源三卷变压器涌流抑制器配置图