变压器在空载投人电网或外部故障切除后电压恢复时，由于变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料的非线性特征，会产生相当大的励磁电流，称为励磁涌流。励磁涌流的数值很大，有时可以达到额定电流的8~10倍，可能导致变压器差动保护误以为是故障电流而动作。同时励磁涌流会造成绕组变形，从而减少变压器的使用寿命。励磁涌流中含有的多个谐波成分（主要是2次和3次谐波）及直流分量，将会降低电力系统的供电质量，涌流中的高次谐波对连接到电力系统中的敏感电力电子器件有极强的破坏作用。

　　近年来，我国的核电事业进人飞速发展时期，高电压、大容量电力变压器不断投产，对变压器保护的可靠性和快速性提出了更高的要求。国内某核电站主变两次倒送电不成功。主变压器在第1次充电合闸后300ms即跳闸停运，检查结果为B相压力释放阀动作启动跳闸，并从波形分析B相的励磁涌流峰值达到7 076A，导致油箱内部压力过大压力释放阀动作。主变压器在第2次充电合闸后700ms跳闸停运，检查结果为C相瓦斯保护动作启动跳闸，并从波形分析C相的励磁涌流峰值达到6666A，通过后续的油色谱分析发现，变压器油样结果无乙炔出现，油色谱一切正常从而可排除内部故障导致瓦斯动作的可能，分析为由于励磁涌流的存在造成油箱内部的油流涌动导致瓦斯接点误动。通过后续的仔细检查确定此两次非电量保护的动作均为励磁涌流过大导致，致使充电合闸不成功。两次空载合闸不成功后，运行工作人员对变压器进行单相空载加压的试验方法来消除变压器铁芯的剩磁，在反复进行几次消磁试验后再次对主变压器进行了空载充电合闸成功。随后工作人员将消除剩磁后成功合闸时的励磁涌流峰值与剩磁消除前的励磁涌流峰值进行比较发现，变压器去磁后的励磁涌流峰值明显减少。这种现场试验消磁的方法对提高变压器空载合闸成功的概率取得了一定效果。从该核电站的两次主变压器空载合闸导致变压器保护误动作可以看出如何抑制变压器励磁涌流的大小，对提高变压器保护动作的正确率以至于改善电力系统的供电质量有着重要意义。

　　1变压器励磁涌流的危害励磁涌流引发变压器的保护装置误动作，使变压器的投运频频失败。

　　变压器出线短路故障切除时所产生的电压突增，诱发变压器保护误动作。

　　变压器空投产生的励磁涌流，将诱发邻近其他电站等正在运行的变压器产生“和应涌流”而误跳闸，造成大面积停电。

　　数值很大的励磁涌流会导致变压器及断路器受损。

　　励磁涌流的直流分量导致电流互感器磁路被过度磁化而降低测量精度和继电保护装置的正确动作率。

　　励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染。

　　造成电网电压骤升或骤降，影响其他电气设备正常工作。

　　2励磁涌流的成因励磁涌流是由于铁芯磁通饱和所引起的冲击电流，其大小与变压器等值阻抗、合闸初相角、剩磁大小、绕组接线方式、铁芯结构及材质等因素有关。铁芯结构及材质是影响励磁涌流大小的一个重要因素，而影响铁芯硅钢片电磁性能的主要因素如下。

　　含硅量的大小影响到硅钢片的饱和磁密B的大小，通常它们之间的关系（经验公式）为硅钢片的厚度主要影响涡流损耗的大小，片愈薄则涡流损耗愈低。

　　硅钢片的轧制方向与磁力线的方向：对于冷轧硅钠片而言，它比较重要的特点就是“方向性”，即只有当磁力线的方向与轧制方向一致时，它的损耗才比较低。

　　磁通的波形：当铁芯内的磁通波形为非正弦波时，必然含有一定的高次谐波分量，其中影响较大的，主要是三次谐波。

　　铁芯的夹紧结构的影响。

　　变压器铁芯是主磁通的通道。当变压器的原边接在具有对称三相交流电压的电网上时，则原绕组内将相应流过对称的三相激磁电流。在它的作用下将产生按正弦变化的对称的三相主磁通壶A、屯，屯如所示。假设其表达式为相应的磁通波形如所示。三相组式变压器，磁路彼此独立。若一次侧三相电压对称，各相主磁通必然对称，各相空载电流也对称。

　　为了方便分析励磁涌流产生的原因，先以单相变压器为例。为一单相变压器结构图，可写出空载时初级绕组的电压方程为其交链的总磁通，则式（3）可改写为考虑到电阻Ri很小，即Ni0很小，从而可视Li近似为常数，故式（5）可视为常线性微分方程，则由式（6）可以看出变压器初级绕组加上电源后在磁路中的总磁通少有两个分量，即稳态磁通电和暂态磁通又称偏磁），为初级绕组阻抗角。

　　义为稳态磁通幅值少m；为暂态磁通少p的幅值。

　　式（6）可改写为七其中，可由合闸时（t=0）的初始条件确定，即t=0前后瞬间磁通0 +0和0-0相等，且均为磁路中的原剩磁0r，0r的取值可为正值，也可为负值。

　　将t可写成将A代人式（7）得七式（i0）表达了在初级电压Ui的相位角为a时给变压器加上电压Ui的瞬间变压器磁路中的磁通组成，第i项0msin（ot+a）是与电压Ui对应的稳态磁通分量0s；第2项0re‘是变压器在前次断电时留下的剩磁，其极性和数值由断电瞬间磁路所处磁滞回线工作点的部位决定；第3项-0msinaeLi是基于磁链守恒定律抵制上电瞬间产生稳态磁通0S的偏磁0p，0p的初始值与t=0时0S的瞬时值相等，但极性相反，0P将按时间常数衰减。式（i0）的前一项为总磁通的稳态分量0S，后一项为暂态分量即偏磁0p，由式（i0）不难看出，当电源电压Ui在初相角a=90.或a=270.时合闸，偏磁为由此可知变压器空载上电时电源电压Ui不同的初相角a，所产生的偏磁0p极性及数值也不同，再与剩磁0r及0s叠加，有可能使磁路的总磁通0超过变压器设计的饱和磁通0导致磁路饱和，初级绕组电抗急剧下降，进而产生很大峰值的励磁涌流linr. 3变压器励磁涌流的抑制技术由于励磁涌流会产生很多不利影响，其抑制技术受到广泛关注。目前，削弱励磁涌流的方法主要有3种：在变压器低压侧并联电容器。

　　3.1变压器低压侧并联电容器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芯内磁通达到饱和点，也就达到了消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，对主磁通起到去磁作用，从而达到抑制励磁涌流的目的。

　　该方法的优点是不论三相合闸角为多少，均能有效地消弱励磁涌流；缺点是并联电容值的选取困难，电容值过大或者过小均不能达到理想效果。电容值过大，会使变压器与电容器组合成的系统谐振频率降低，从而使变压器难以被激磁；电容值过小，无法满足消弱励磁涌流的需要。

　　3.2变压器中性点串联电阻方法变压器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人一电阻，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，选择比较佳电阻值。该方法虽然简单，但是如果只在变压器中性点串人电阻，而不采取控制三相开关的合闸时间的措施，也不能有效地消减励磁涌流。当然比较好的方法是将控制三相开关合闸技术和中性点串人电阻结合起来使用，即YNd联结的变压器中性点串一电阻，三相延时分别合闸。

　　该方法投资费用较大、操作复杂，并且当今国内核电站的断路器基本都是采用GIS的断路器，断路器保护都装有非全相保护，不允许分相合闸操作，这种方法不适合。

　　3.3利用偏磁和剩磁互克的原理控制三相开关合闸时间方法总磁通由剩磁、偏磁（暂态磁通）及稳态磁通三者组成。为电压空投合闸角a=0时的磁通变化曲线，图中炎为稳态磁通，少为电和合成的总磁通（计及剩磁取）为变压器饱和磁通。

　　对于有损变压器（A> 0）按时间常数t衰减。

　　在电压相位角在a至此区间总磁通少大于饱和磁通磁路饱和，因而产生励磁涌流Uinr具有间断性。

　　是铁磁材料的磁滞回线，在磁路的励磁线圈上施加交流电压时，磁势H也相应的从到Hc之间变化，由H产生的磁通少（或磁通密度B=少/S）将在磁滞回线上做相应的变化。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值即为剩磁所以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=/（H）曲线第I、n象限切断励磁电流（即h =）则剩磁为正或零，在m、iv象限切断励磁电流，则剩磁为负或零。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少p也一样，因偏磁电源电压上电时的初相角a在n、m象限区间内产生的偏磁极性为负，而初相角a在I、v象限区间内产生的偏磁极性为正。

　　所以只要空投电源时使偏磁与剩磁极性相反，再与稳态磁通共同作用，涌流即受到抑制。

　　为三相电源合闸角等于分闸角时三相电、灸、少p的时序图'通过三相联动断路器实现三相励磁涌流的抑制原理。显然，合闸后氧、黾、少p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，这就大大降低了对断路器操作机构动作时间的精度要求。为了更直观地描述励磁涌流的产生机理，将剩磁灸及偏磁少p与分闸角或合闸角的关系列于表1中。

　　表1剩磁及偏磁符号与a的关系磁通剩磁氧负比较大~0 0~正比较大正比较大~0 0~负比较大偏磁正比较大~0 0~负比较大负比较大~0 0~正比较大分、合闸控制回路。

　　表1中a对于剩磁取为分闸角，对于偏磁少p则为合闸角。从表中不难看到正确地在已知分闸角的前提下选择合闸角，完全可以做到在电压突增时产生的偏磁少p恰好去抵消或削弱剩磁，再加上与稳态磁通少的配合完全可以控制磁路的合成磁通不超过饱和磁通少sat.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，它的比较大值只为，而少sat肯定大于少m.根据分闸角a选择合适的合闸角a，使合闸瞬间的偏磁少p与原来磁路中的剩磁取极性相反，并不要求这两个磁通相抵消使磁路不致饱和。而是当少p与灸极性相反时，紧接着稳态磁通的加人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。

　　3.4利用偏磁和剩磁互克原理应用现状基于这种偏磁和剩磁互克的原理来抑制励磁涌流的励磁涌流抑制器已经在国内多家电厂、南方电网以及国家电网得到了广泛的应用。

　　4励磁涌流抑制器在核电厂应用的分析4.1抑制涌流设计方案涌流抑制器与断路器联接的原理框图如所示。涌流抑制器接人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励磁涌流抑制器正常情况下都处于在线监视状态，屏柜上1KK转换开关置于“不经3YL位置。在进行主变空载合闸时，首先运行人员要检查其他条件是否满足。如果检查满足后，将屏柜上1KK转换开关置于”经3YL位置，由NCS主控或就地涌流抑制器屏上发合闸命令，经涌流抑制器装置控制受控边断路器合闸，主变及高厂变带电运行，实现对主变空载合闸时对励磁涌流的控制。另外，需强调是在涌流抑制器合闸及主变带电运行后，运行人员必须将屏柜上1KK转换开关置于“不经3YL位置。详细涌流抑制器投运（合闸）流程如（以某核电站1主变对应的第2串0GEW230A边断路器合闸给1主变空载充电为例）所示。涌流抑制器分闸流程类似合闸流程。分闸时可经过3YL，也可不经过3YL，装置可以实时监测受控侧电压来确定主变剩磁。

　　某核电站主接线，励磁涌流抑制器控制每串靠近主变侧500kV边断路器和中断路器，涌流抑制器原理接线方案如所示。

　　4.2设计方案在核电站可实施性分析经济性假设某核电站由于励磁涌流原因造成的合闸不成功，1台1000MW的机组一次投运不成功延误并网时间按比较少12h，每千瓦时上网电价按0.4元，那么12h按满功率算将会损失100x12x0.4=480万元。而1台涌流抑制器市场价格大概10万元，对应1台机组增加2台涌流抑制器则需20万元，再加上其他安装调试等费用一共比较多需要30万元。很显然装设涌流抑制器可以给用户带来巨大的经济效益。

　　实施性每台机组按串需要2台涌流抑制器组装在一个标准屏柜中，按串布置在继保室，电缆接口很少，安装方便；在主变压器送电前需对涌流抑制器做静态分合闸试验，验证其分合闸回路的正确性；在主变压器空载送电时需对涌流抑制器做动态分合闸试验，验证其抑制励磁涌流的效果。

　　对于已建成或者正在建设的核电机组可以在改造中加装涌流抑制器，新建项目可以在设计时就考虑装设涌流抑制器。

　　5结语本文结合国内某核电站主变合闸产生较大的励磁涌流导致合闸不成功的实际情况，从变压器励磁涌流产生的机理出发，分析了变压器励磁涌流的危害、励磁涌流产生的原因以及研究了适合核电厂实际情况的抑制主变合闸励磁涌流的方法，并针对核电厂提供了采用国内较成熟的励磁涌流抑制器二次设计方案。本文的研究成果可为在建的核电厂工程的设计提供新思路，也为新建核电项目的电气设计提供依据和价值。