勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因_有什么危害

1. 什么是勵(lì)磁涌流？

變壓器勵(lì)磁涌流是：變壓器在空載合閘投入電網(wǎng)時(shí)在其繞組中產(chǎn)生的暫態(tài)電流。變壓器投入前鐵芯中的剩余磁通與變壓器投入時(shí)工作電壓產(chǎn)生的磁通方向相同時(shí)，其總磁通量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鐵芯的飽和磁通量，使鐵芯瞬間飽和，因此產(chǎn)生極大的沖擊勵(lì)磁電流（最大峰值可達(dá)到變壓器額定電流的6-8倍），通常稱為勵(lì)磁涌流。

2.勵(lì)磁涌流具體是怎么產(chǎn)生的？

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)呢，勵(lì)磁涌流是由于變壓器鐵芯飽和造成的，先以一臺(tái)單相變壓器的空載合閘為例來(lái)學(xué)習(xí)一下勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因。

我們先來(lái)了解一下剩磁的概念：

下圖曲線是鐵磁性材料特有的曲線，對(duì)于一個(gè)沒(méi)有被磁化的鐵磁材料，其磁感應(yīng)強(qiáng)度B會(huì)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度H的增加沿圖中虛線所示的路徑，逐漸增強(qiáng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)a點(diǎn)時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B不再隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H線性增加，而是趨于平穩(wěn)，此時(shí)鐵磁材料達(dá)到磁飽和。此時(shí)若磁場(chǎng)強(qiáng)度H逐漸減小到0，磁感應(yīng)強(qiáng)度B并不會(huì)沿圖中虛線路徑減小到0，而是由a點(diǎn)下降到b點(diǎn)，在b點(diǎn)剩余的磁感應(yīng)強(qiáng)度B稱為剩磁。

講到這里相信大家對(duì)磁飽和以及剩磁的概念已經(jīng)了解到根（wan）深（quan）蒂（bu）固(dong)的程度了吧！下面開(kāi)始正題:

變壓器是一個(gè)電磁元件，其磁通的建立和維持需要?jiǎng)?lì)磁電流，當(dāng)變壓器空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁電流稱為勵(lì)磁涌流。變壓器穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，設(shè)繞組端電壓u為：

忽略變壓器的漏抗和繞組電阻，設(shè)匝數(shù)N=1，則用標(biāo)幺值表示的電壓u與磁通Φ之間的關(guān)系為：

當(dāng)變壓器空載合閘時(shí)，由電壓u與磁通Φ之間的微分方程求解可得：

式中：C為積分常數(shù)。由于鐵芯中的磁通不能突變，設(shè)變壓器空載投入瞬間（t=0）時(shí)鐵芯的ΦSY剩磁為ΦSY，則積分常數(shù)C為：

于是空載合閘時(shí)變壓器鐵心中的磁通為：

式中第一項(xiàng)為穩(wěn)態(tài)磁通，后兩項(xiàng)為暫態(tài)磁通，若及及變壓器損耗，暫態(tài)磁通將會(huì)隨時(shí)間衰減，一般大容量變壓器約為5-10秒，小容量變壓器約為0.2秒左右。以上推導(dǎo)都是大家在大學(xué)期間學(xué)習(xí)的知識(shí)，相信大家記（wang）憶（gan）猶（jing）新（le）。

下面我們?cè)賮?lái)仔細(xì)分析一下，穩(wěn)態(tài)時(shí)磁通滯后電壓90°，如果在u(t) =0時(shí)，投入變壓器，則變壓器鐵芯會(huì)出現(xiàn)-Φm的磁通，由于鐵芯中的磁通不能突變，所以，必須產(chǎn)生一個(gè)+Φm 的非周期分量來(lái)抵消-Φm ，使得Φ=0。

再考慮變壓器的剩磁ΦSY的影響，于是在空載合閘半個(gè)周期后出現(xiàn)了最大磁通Φm+ΦSY+Φm=2Φm+ΦSY,該值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變壓器的飽和磁通ΦS。

在求得磁通Φ后就可以通過(guò)磁化曲線得到相應(yīng)的勵(lì)磁電流ie的大小，顯然，在鐵芯未達(dá)到飽和前，勵(lì)磁電流ie很小，其值可以忽略不計(jì)；當(dāng)鐵芯飽和后，勵(lì)磁電流將急劇增大，此種勵(lì)磁電流稱為變壓器的勵(lì)磁涌流，其數(shù)值最大可達(dá)到額定電流的6~8倍。

勵(lì)磁涌流的大小和衰減時(shí)間，與合閘瞬間電壓的初相角、鐵芯中剩磁的大小和方向、電源容量的大小、回路的阻抗以及變壓器容量的大小和鐵芯材料的性質(zhì)等都有關(guān)系。

綜合以上分析，單相變壓器勵(lì)磁涌流具有以下一些特點(diǎn)：
(1)在變壓器空載合閘時(shí)，涌流是否產(chǎn)生以及涌流的大小與合閘角有關(guān)，合閘角θ=0和θ=π時(shí)勵(lì)磁涌流最大。
(2) 勵(lì)磁涌流中含有大量的非周期分量，使波形偏向時(shí)間軸的一側(cè)；

(3) 勵(lì)磁涌流波形呈非正弦特性，波形不連續(xù)，出現(xiàn)間斷角，鐵芯飽和度越高，涌流越大，間斷角越大。

(4) 含有明顯的高次諧波分量，其中二次諧波分量比例最大。

三相變壓器勵(lì)磁涌流有以下特點(diǎn):

(1)由于三相電壓之間有120°的相位差，所以無(wú)論任何情況下空載投入變壓器，至少在兩相中要出現(xiàn)不同程度的勵(lì)磁涌流。

(2)某相勵(lì)磁涌流可能不再偏離時(shí)間軸的一側(cè)，變成了對(duì)稱性涌流。其他兩相仍為偏離時(shí)間軸一側(cè)的非對(duì)稱性涌流。對(duì)稱性涌流的數(shù)值比較小，非對(duì)稱性涌流含有大量的非周期分量，但對(duì)稱性涌流中無(wú)非周期性分量。

(3)三相勵(lì)磁涌流中有一相或兩相二次諧波含量比較小，但至少有一相比較大。

(4)勵(lì)磁涌流的波形仍然是間斷的，但間斷角顯著減小，其中又以對(duì)稱性涌流的間斷角最小，但對(duì)稱性涌流的正向最大值與反向最大值之間的相位差(波寬)為120°，而穩(wěn)態(tài)電流波寬為180°。

3.勵(lì)磁涌流有什么危害呢？

由于勵(lì)磁涌流幅值很大且僅流經(jīng)變壓器電源側(cè)，將引起變壓器縱差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生很大的差流，導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作跳閘。因此，在勵(lì)磁涌流情況下必須采取有效措施閉鎖差動(dòng)保護(hù)，防止誤動(dòng)。

下面小編以最常見(jiàn)的二次諧波制動(dòng)為例，講解一下保護(hù)裝置是如何防止勵(lì)磁涌流引起的誤動(dòng)的。二次諧波制動(dòng)的方法：二次諧波制動(dòng)是根據(jù)勵(lì)磁涌流中含有大量二次諧波分量的特點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)到差電流中二次諧波含量大于整定值時(shí)就將差動(dòng)繼電器閉鎖，以防止勵(lì)磁涌流引起的誤動(dòng)。

由于三相勵(lì)磁涌流中至少有一相二次諧波含量較高，近年來(lái)，一般采用“三相或門(mén)制動(dòng)”方案即三相差動(dòng)電流中只要有一相的二次諧波含量超過(guò)制動(dòng)比，就將三相差動(dòng)繼電器全部閉鎖。

南瑞繼保的978 系列變壓器保護(hù)二次諧波制動(dòng)原理為：通過(guò)三相差流中的二次諧波和三次諧波含量來(lái)識(shí)別勵(lì)磁涌流，判別方程為：

其中：I2nd、I3nd分別為每相差動(dòng)電流中的二次諧波和三次諧波；

I1st為對(duì)應(yīng)相的差流基波；

K2xb、K3xb分別為二次諧波和三次諧波制動(dòng)系數(shù)整定值。

通常來(lái)說(shuō)推薦K2xb、K3xb整定范圍為 0.1～0.2。

國(guó)電南自的SGT756數(shù)字式變壓器保護(hù)二次諧波制動(dòng)判據(jù)：是利用變壓器勵(lì)磁涌流時(shí)波形含有豐富的二次諧波這一波形特征來(lái)鑒別勵(lì)磁涌流的。計(jì)算三相差流中的最大二次諧波與最大基波的比值。

判別方程為：

其中 ： I2da ,I2db,I2dc——為 A,B,C 三相差流二次諧波含量；
Ida,Idb,Idc——為 A,B,C 三相差流；
K2.set——二次諧波制動(dòng)比定值。

理論上來(lái)講，二次諧波制動(dòng)系數(shù)越小，當(dāng)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流時(shí)，越能夠準(zhǔn)確閉鎖差動(dòng)保護(hù)，避免保護(hù)誤動(dòng)，但實(shí)際上是這樣的嗎？

當(dāng)變壓器內(nèi)部故障時(shí)，故障電流中的暫態(tài)分量也可能存在二次諧波，若含量超過(guò)二次諧波制動(dòng)系數(shù)，差動(dòng)保護(hù)就會(huì)被閉鎖，直到暫態(tài)分量衰減后才能動(dòng)作，當(dāng)發(fā)生很?chē)?yán)重的內(nèi)部故障時(shí)，保護(hù)裝置不能第一時(shí)間快速動(dòng)作，將會(huì)造成很?chē)?yán)重的后果。

所以為了加快變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)縱差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度，又能夠準(zhǔn)確識(shí)別勵(lì)磁涌流，閉鎖保護(hù)，防止誤動(dòng)，往往增加一組不帶二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護(hù)，稱之為差動(dòng)保護(hù)的速斷保護(hù)，其整定值按躲過(guò)最大勵(lì)磁涌流整定。