李威，符劲松，尹旭，姜赤龙，邓维
(国网湖南省电力有限公司检修公司，湖南长沙410004)
摘要：大容量变压器空载合闸产生的励磁涌流是引起保护动作、损坏变压器内部结构的主要问题之一。文章通过分析铁磁材料的磁滞特性，阐明了变压器剩磁的产生机理。以双绕组变压器空载合闸模型为例，推导合空变后暂态磁感应强度和励磁涌流的计算式，找到了合闸角为0°且与剩磁同向时励磁涌流最大，并搭建了500 kV变压器仿真计算模型对比合闸角0°和90°的情况，证明了剩磁存在情况下，励磁涌流会使得合空变有概率失败，并使保护动作及危害设备，因此有必要对停运后的大容量变压器进行消磁。仿真结果表明，经过直流退磁后，变压器内剩磁含量非常小，变压器可保证合闸成功。
关键词：大容量变压器；消磁；励磁涌流；磁滞特性
大容量变压器是电力系统能量传输的核心设备之一,可靠的开断和合闸是保持系统正常运转,设备稳定运行的重要因素〔1〕。变压器通过电磁感应原理实现不同电压等级电力网络的能量转换,在其过程中建立了一定的磁场,并在铁芯绕组中产生了励磁电流。稳态运行时的励磁电流仅为0.3%～10%的额定电流〔2〕,可忽略不计,但变压器空载合闸时,未消除的剩磁会加剧铁芯磁通增大,使铁芯严重饱和,形成更大励磁涌流,并产生电压偏移。
已有的运行经验表明,未经过消磁的变压器,特别是500 kV及以上的大容量变压器在空载合闸时有一定概率会合闸失败,从而影响正常送电〔3〕。本文从理论角度分析剩磁产生的机理,说明大容量变压器消磁的必要性,并介绍常用的几种消磁方法。
变压器铁芯属于典型的铁磁材料,其最显著的特性就是磁滞现象,即经过励磁电流产生的磁场磁化至饱和点c以后,磁通密度B不会随着磁场强度H的减小而下降为0,而是在相位上落后其90°〔4〕,由磁中性状态开始的铁芯磁滞回线如图1中的轨迹所示。
图1 铁磁材料的磁滞回线
变压器稳态运行时,铁芯线圈中通过交变电流,磁场强度H的方向和大小也在不断改变,此过程中铁芯按c-d-f-g-c的路线被反复磁化,且磁通密度B的变化滞后于H的变化。当其退出运行瞬间,铁芯线圈中的电流为最小电流0与最大电流I0间的某个任意值,此电流产生的铁芯磁场强度从H0突变为0,但滞后的磁通密度B使铁芯仍处于被磁化的状态,在无外加退磁场时无法恢复至磁中性状态,从而保持在一个稳定的磁化强度,即剩余磁化强度。
当变压器断电切除时,三相分断时间不可能同时选在铁芯磁通为0的瞬间,由于回路磁通守恒,稳态磁通不会立即消失,而会保留一个与最末时刻稳态磁通大小相等、极性相同的剩磁。
根据送电操作规程,变压器从一次侧开始合闸,此时二次侧开路。采用如图2所示的双绕组变压器空载合闸模型。
(2) 下沉趋势是动态的，不同时间区间的趋势代表不同的意义，如较长时间的趋势反应的是电机在运营、维修，甚至更换过程的状况。根据下沉预警的目的，选择最近一周(不超过两周)的分析期间。
图2 变压器空载合闸模型
图中,u1、i1、N1依次为一次侧电压、电流和匝数;u2、i2、N2依次为二次侧电压、电流和匝数。
Mortality: Four studies reported mortality. There was no significant difference between LAC and OC in mortality(OR = 0.5052, 95%CI: 0.2438-1.0467, P = 0.0662).Heterogeneity and publication bias were not evident(Cochrane’s Q = 2.0911, P = 0.5537, Egger = -0.6646,P = 0.5883).
设一次侧额定电压幅值为U m,那么一次侧电压u1可表示为：
式中 θ为合闸角。由于合闸瞬间,一次侧电流i1较小,因此i1r1可忽略,一次电压与磁通对时间的导数成线性关系。通过积分计算可得合空变后的暂态磁感应强度为：
瞳孔直径大小与人的视觉认知加工密切相关,一方面它可以反映人的心理活动变化,另一方面它也是衡量认知负荷的一个重要指标.本研究认为,视觉粗加工和精加工对应不同的认知负荷,其次,界面不同功能区的视觉信息之间也具有认知负荷差异性.因此瞳孔直径大小可以反映人的视觉行为处于不同的认知状态.
式中 B r为铁芯剩余磁感应强度。由 (2)可知,当t＝T/2且θ＝0时,磁感应强度最大,铁芯饱和程度最大,励磁涌流最大,此时磁感应强度和励磁涌流可由式 (3)、(4)得到。
式中 T为工频周期,L(B)为励磁电抗。综合上式可知,若剩磁方向与B m相同,则会进一步促进铁芯饱和,从而降低励磁阻抗,大幅增加铁芯绕组上的励磁涌流。铁芯严重饱和时,最大磁通可达额定磁通量的3倍。
在ATP—EMTP中搭建额定电压525/3/230/3/36 kV,额定容量为250 MVA的变压器空载合闸仿真计算模型,空载电流百分比0.074%,空载损耗79.3 kW,短路损耗和短路阻抗见表1。模型所用励磁支路采取外部非线性电感支路。
表1 变压器短路试验参数
运行方式 负载损耗/kW 额定分解下短路阻抗/%高-中 319.0 12.0高-低 120.0 43.7中-低 120.0 28.4
空载分闸后,变压器铁芯内有剩磁存在,分别在合闸角为0°和合闸角为90°时进行空载合闸,所得励磁涌流分别如图3和图4所示。
图3 合闸角0°时励磁涌流
图4 合闸角90°时励磁涌流
由图可知,合闸角为0°时,铁芯严重饱和,励磁涌流幅值达到380 A以上,傅里叶分解得到直流分量为5.84 p.u.,二次谐波分量0.506 4 p.u.,三次谐波分量0.338 3 p.u.,超过了常用的保护动作整定值,此时空载合闸有很大概率导致失败。合闸角为90°时,涌流幅值仅为35 A,远小于合闸角为0°时的情况,但空载合闸时仍有概率失败。
业务和财务部门之间互不干涉是以往企业经营下的发展模式，彼此处于平行状态，信息沟通不够密切。对于企业财务管理而言，会降低工作效率。在“互联网+”的背景下则应该组织开展扁平化管理，建立有层次、立体化的管理方式，将业务信息与财务信息整合起来。另外，在企业业务流程的规划中，还要坚持创新，应用ERP信息管理手段，从而让信息沟通更为流畅。
20世纪70年代，山东革委地质局在莱芜胡家庄地区开展了以评价含稀土碳酸岩为主的普查找矿工作，发现该地区的含稀土碳酸岩具有较重要的经济和研究价值。
此外,由傅里叶分解所得谐波成分可知,励磁涌流中直流分量较大,偏向时间轴一侧,但由于容量较大,励磁涌流衰减速度很慢,一旦在大容量变压器中产生,那么涌流的破坏时间会较长,产生的危害会更大。
文献 〔5〕表示,现场实测剩磁量一般出现在20%～80%额定磁通内,产生的励磁涌流大小受各相剩磁量、合闸角、合闸时间等影响,存在一定的随机性。
铁芯在变压器空载合闸时,因为磁通无法突变,会产生一定的暂态磁通Φ (对应磁通密度B),此时励磁电感无限大,产生的励磁涌流f(B)较小,电压正常,如图5中的虚线所示;而铁芯中的剩磁B r具有方向性,二者若同向叠加,磁通则会按图5(b)所示增大至铁芯严重饱和区,励磁电感迅速减小,从而使励磁涌流f(B+B r)急剧增大。
图5 剩磁Br影响下的励磁涌流
剩磁产生过大的励磁涌流后,会引起以下几点危害：
1)空载合闸时,剩磁的有向性使图1中的铁芯磁滞回线发生上下偏移。在磁通过大的半周期内,励磁涌流急剧增大,铁芯、绕组和金属结构件中产生了热损耗,增加了变压器的无功损耗,引起油箱过热、绝缘纸老化等问题,导致变压器的使用寿命减少。
（156）钟瓣耳叶苔 Frullania parvistipula Steph.熊源新等（2006）；杨志平（2006）；范苗等（2017）
2)剩磁产生的过大励磁涌流会产生过电压,严重时会使断路器跳闸,造成变压器保护中差流过大,差动保护或者轻瓦斯保护动作,导致变压器跳开。
据有关调查数据显示，在冠心病患者当中，约有95%左右的病例是由冠状动脉粥样硬化所引起的，而冠状动脉粥样硬化则和炎症反应有着较为密切的关系，故，临床有必要对冠心病患者的炎症反应相关因子水平进行检测。
3)较大的励磁涌流还会产生较大的电动力,引起变压器绕组线圈、铁芯等产生振动,使箱体内固定部件松动,产生绕组变形等隐患;并形成油流涌动,导致本体内部油层表面波动增大,触发油流继电器动作,引起停电等事故。
正如前文所述，注杜成为明清鼎革之时一股不谋而合的文学潮流。 虽然儒家伦理道德评价下的杜甫“君子-圣人”形象已经完全定型并深入人心，不少文人士子都以之为楷模，但是，面临朝代改易，注杜文人所作出的人生抉择各不相同，在他们不同身份的映射下，笺注杜诗的心态也各有分殊。
4)存在剩磁条件下,变压器检修期间的不同试验项目也会受到不同程度的干扰。直流电阻测试时间会增长,绕组变形的波形会出现毛刺,局放试验会出现异常信号等问题。
因此,从保网和保主设备的角度出发,有必要在大容量变压器停运后对其进行消磁处理,以降低空载合闸时的励磁涌流大小。
1.民宿民俗旅游环境设计需要注重乡村性。在进行环境设计时需要展现出农耕、服饰以及饮食等多个场面，对于传统文化而言，农耕文化是基础，也是乡村景观的核心。当前工业文明逐步发展，农耕文明正在逐渐消失，而乡村旅游在进行环境设计中更需要加强对于农耕文化的表现。农耕文化可以通过将农耕生活的一些典型场景进行展现，例如麦场、水车等，同时也可以通过集市等方式来展现农耕生活，环境设计中可以展现出农村独特的自然环境，尤其是美丽的景色，这正是城市人们所追求的新鲜感受。
变压器消磁原理即在铁芯内产生外加磁场,打乱现有的磁畴排列的一致性,使其杂乱无章,对外不显磁性。退磁的基本原理有磁极交迭和磁场强度递减两种,遵从换向衰减同时进行的原则,其中磁极交迭是采用交替变化方向的直流电,从而通过反方向的磁通削弱磁场中的原有磁化状态至较小值;而磁场强度递减的方法则是将被试品置于交变磁场中,产生磁滞回线,通过递减交变磁场的幅值,使磁滞回线的轨迹也变小,剩磁将于磁场强度一起逐步接近于零〔6〕。
3.2.1 直流消磁方法
直流消磁方法通过单相通入正、反向直流电流,反复若干次后完成消磁,也是最常用的消磁技术。具体操作方法为采用一个大小可调的直流电源在变压器高压绕组B-0或A-C相通入直流电流I0(例如5 A),电流稳定后断开电源,再反向通入降低5%～10%的直流电流I1(4.5 A),依次类推,直至施加至0.5 mA后结束。典型接线如图6所示。
图6 直流消磁方法典型接线
采用直流消磁方法对前述所建变压器进行消磁,消磁后进行空载合闸,所得励磁电流如图7所示。
图7 消磁后的励磁电流
由图可知,消磁后所得励磁电流幅值仅为2 A,这与变压器空载电流大小相符合,且最大和最小幅值对称说明剩磁极小,变压器此时可成功合闸。
3.2.2 交流消磁方法
交流消磁方法与低电压空载试验类似,通过在被试变压器低压侧ab、bc、ca之间同时施加可调的交流电压,并使高压侧中性点接地以保证消磁过程中的对称性,接线方法如图8所示。
图8 交流消磁方法典型接线
具体操作为采用调压器将电压升至额定电压的30%,保持5 min后,将电压缓慢平稳将至0,重复此步骤3—5次即可达到消磁目的〔7〕。与直流消磁方法相比,此方法所需的设备较多,试验布置更复杂一些。
1)铁磁材料的磁滞现象是导致剩磁存在的主要原因,磁通密度滞后于磁感应强度的特性,导致分闸时剩磁的形成。
2)由空载合闸模型推导得到合闸角为0°且t＝T/2时磁感应强度和磁通最大,励磁涌流也最大。如果和剩磁方向相同,则励磁涌流会进一步增大,使保护动作,危害设备本身。因此有必要对大容量变压器进行消磁处理。
3)铁芯消磁以换向衰减为基本原理,现场多使用便携式的直流消磁装置进行消磁。
今年以来，为解决农业职业吸引力不足等问题，农业农村部积极拓展职业农民发展新空间。职业农民制度框架的顶层设计基本完成，将从职业认定、教育培养、定向扶持等方面加强制度建设。着力做好延伸跟踪服务，抓好试点示范，为职业农民队伍发展创设更好政策环境。
参考文献
〔1〕戈文祺.电力变压器铁芯剩磁的仿真、测量与削弱 〔D〕.天津：河北工业大学,2014.
〔2〕 王洋.变压器铁芯剩磁预测研究 〔D〕.济南：山东大学,2017.
〔3〕仇明.大型变压器铁芯剩磁的危害及消除方法 〔J〕.变压器,2018,55(2)：74-75.
〔4〕孙会浩,刘玉林,吴磊,等.基于EMTP/ATP的变压器建模及仿真 〔J〕.电气应用,2008,27(6),27：46-49.
〔5〕王燕,皇甫成,赵淑珍,等.考虑铁磁磁滞的变压器励磁涌流仿真分析 〔J〕.电力系统自动化,2009,33(15)：78-83.
〔6〕刘俊,杨伟,刘广莉.ATPDraw及其在变压器励磁涌流暂态仿真中的应用：中国高等学校电力系统及其自动化专业学术年会 〔C〕.2007.
〔7〕张玉春,杨成峰,陈涛.基于小波分析的变压器励磁涌流识别 〔J〕.湖南电力,2007,27(5)：5-8.
Discussion on the Necessity and Measures of Degaussing for Large Capacity Transformers
LI Wei,FU Jingsong,YIN Xu,JIANG Chilong,DENG Wei
(State Grid Hunan Electrical Power Company Limited Maintenance Company,Changsha 410004,China)
Abstract：The magnetizing inrush current generated by the large-capacity transformer no-load closing is one of the main problems causing the protection action and damaging the internal structure of the transformer.By analyzing the hysteresis characteristics of ferromagnetic materials,the mechanism of the residual magnetism of the transformer is clarified.Taking the no-load closing model of the double-winding transformer as an example,the calculation formula of the transient magnetic induction intensity and the magnetizing inrush current after the air-to-space change is derived.The convergence angle is 0°and the maximum magnetizing inrush current is the same as the remanence.The 500 kV transformer simulation calculation model compares the closing angles of 0°and 90°,which proves that in the presence of residual magnetism,the magnetizing inrush current will make the air-to-air transition have a probability of failure,and will protect the action and damage the equipment.Therefore,it is necessary to demagnetize large capacity transformers after shutdown.The DC demagnetization method is often used in the field because of its portability.The simulation results show that after DC demagnetization,the residual magnetic content in the transformer is very small,and the transformer can ensure the successful closing.
Key words：large capacity transformer;degaussing;magnetizing inrush current;hysteresis characteristics
中图分类号：TM41
文献标志码：B
文章编号：1008-0198(2019)02-0012-04
doi：10.3969/j.issn.1008-0198.2019.02.003
收稿日期：2018-10-12 改回日期：2018-11-06
作者简介
李威(1992),男,汉族,湖北仙桃人,工程师,硕士,从事电气试验工作。
联系客服
