摘要：电力网络由电源的升压变电所、输电线路、负荷中心变电所、配电线路等构成。对于起动一台变压器来说，由于变压器本身特性所致，变压器每次送电都会产生很大的励磁涌流。变压器容量越大，产生的励磁涌流就越大，对电网的冲击也越大。直接给变压器上电必然会导致电网不同程度的电压骤降，这会给已经稳定运行的电网造成冲击，给整个生产埋下了不确定性的风险。为了电网变压器能够使变压器的励磁涌流得到有效抑制，最大程度减小对电网的冲击，避免造成投运变压器时设备停电或平台停电，结合现有电网技术和设备厂家的技术，目前采用变压器装涌流抑制器投切技术来解决此问题，为“小容量电站大变压器”模式下的电网提供解决思路。
关键词：基于SPWM的变压器；励磁涌流抑制技术；研究
引言
针对变压器投运到系统中产生合闸励磁涌流对电网系统产生的不良影响，提出基于大功率电力电子器件和SPWM电压控制的抑制变压器合闸励磁涌流方法，鉴于该技术需要增加额外大功率电力电子设备及直流电源，在变压器实际投运过程中会增加投运的复杂度，同时为确保变压器实现同期投运，对系统控制精确性也有较高的要求，这也给实际投运带来了困难。
1、变压器励磁涌流的产生
励磁涌流的产生：变压器投入后，绕组在磁路中的变压器会出现偏磁现象，这种现象属于单极性的。对该磁通的极性和投入前变压器的剩磁极性进行相比较，相同时，会出现稳态磁与剩磁以及偏磁叠加而造成磁路饱和的现象，使励磁电抗绕组在地变压器上时，会有很大的励磁涌流产生。
2、励磁涌流的危害
直流分量在励磁涌流中会将电流互感器中的磁路磁化过度，影响测量精度，容易造成变压器中继电保护装置出现误动的现象，尤其严重影响变压器的差动保护，使变压器在投运过程中屡次失败。将电流接入到一台空载的变压器上所生成的磁力涌流，会使电气内部相邻连接的电站中运行的变压器出现和应涌流，发生误跳闸的状况，造成大面积的停电。若励磁涌流数值较大，会使断路器以及变压器由于动力过大而受损。造成电网电压骤升或骤降，导致其它电气设备无法正常工作，特别是易诱发操作过电压，损坏电气设备。
3、基于SPWM的变压器励磁涌流抑制技术研究
3.1控制合闸角
变压器励磁涌流的大小与合闸的初相角有密切的关系，如果合闸时正好电压为峰值，励磁涌流最小。但考虑电源电压互差120°，所以无论在何时合闸至少有两相会出现不同程度的励磁涌流。现阶段采用的选相合闸，就是考虑了在不同相位角情况下合闸对励磁涌流的影响。单相电压峰值时合闸，只能抑制该相励磁涌流，另两相励磁涌流幅值和衰减时间仍然偏大，所以单相电压峰值合闸不能有效抑制励磁涌流，需要选择电压峰值时分相合闸。电压峰值时分相合闸，励磁涌流有明显减小，衰减时间也缩短，是一种有效的励磁涌流抑制措施。
3.2低压侧并联电容器
并联电容器在低压侧所产生的磁通和高压侧产生的磁通极性相反，从而避免了铁心饱和。若并联电容和励磁电感能够产生谐振，那么在额定频率的情况下，励磁阻抗将会达到无限大，将会使得励磁涌流完全被抑制。通过对变压器铁心饱和时的励磁电感进行估算，计算出用于涌流抑制的电容值，从而达到阻止变压器在空载合闸时励磁阻抗急剧减小的目的，实现对励磁涌流的抑制。随着电容增大，励磁涌流峰值逐渐减小，但是电容过大，会造成过补偿，励磁涌流又呈现增大趋势。由于三相不平衡，每相的补偿电容值也不相同。
3.3变压器中性点串接电阻
在变压器中性点串入一电阻，延时合闸空载变压器。
虽然这方法简单，但是系统电厂采用GIS断路器，断路器都有非全相保护，不允许分相合闸操作，因此该方式不能应用于系统电厂，而且中性点串入电阻还会改变系统的零序网络，给继电保护整定带来困难。
3.4控制开关合闸时间
变压器的总磁通由剩磁、偏磁和稳态磁通三者组成。在变压器任一侧绕组突然上电或是突加电压的过程中，剩磁、偏磁和稳态磁通三者叠加，有可能在某个时段使磁路饱和或不饱和，若是不饱和将不会产生励磁涌流。而剩磁和偏磁的极性和数值可以通过交流电压的分闸角和合闸角来控制。分闸是可通过对外施电压进行实时检测获得，因此剩磁的极性和数值是可知的，那么抑制涌流就是在已知剩磁极性的前提下控制合闸角（即偏磁）了。空充电源时偏磁和剩磁极性相反，与稳态磁通共同作用可抑制励磁涌流。基于这种剩磁和偏磁互克原理的涌流抑制器在国内电力系统中已经得到广泛应用。
3.5利用偏磁抵消剩磁抑制励磁涌流新思路
无损变压器的磁通表达式是：Φ=Φm[Cosα-Cos（ωt+α）]=ΦmCosα-ΦmCos(ωt+α)式中偏磁Φp=ΦmCosα假设α是变压器绕组外施电压U1的初相角，从图3中可以看到总磁通Φ滞后电压90°相角，在α为0时，Φp为+Φm。α为时，Φp为-Φm。α为或时，Φp均为0。剩磁ΦRes与磁路总磁通Φ是同相的，仅幅值较总磁通Φ的值小。α对于剩磁ΦRes为分闸角，对于偏磁Φp则为合闸角。可知在已知的分闸角处去选择合闸角，此时电压突增时产生的偏磁Φp正好去抵消或削弱剩磁ΦRes，再叠加稳态磁通Φ，完全可以使磁路的合成磁通不超过饱和磁通Φsat，这样就不会产生励磁涌流。同时由于剩磁的极性是不会改变的，即使出现剩磁衰减而偏磁达到最大值Φm时也不致使磁路过度饱和，不会影响对励磁涌流的抑制效果。这种新的控制思路对于开关的合闸角度要求灵活，只需保障下次合闸角度与前次分闸角度基本一致即可，不再像同步合闸技术中所描述的必须要选择在电压峰值时合闸，同时也无需采用断路器分相控制策略，可以更好地应用于现场。与具有励磁涌流判别原理的变压器差动保护配合使用，可以更加有效地防止变压器空载合闸时产生励磁涌流而导致差动保护误动作。
结束语
变压器励磁涌流是一个相当复杂的问题，有必要分别对各种形式涌流的暂态过程和波形特征加以分析，并采取不同措施来应对其对系统的影响。分别从以下几点出发:(1)提出的变压器励磁涌流抑制系统能够有效的抑制励磁涌流的产生，避免了励磁涌流直流分量和高次谐波对电网系统电能质量的不良影响。(2)提出的变压器励磁涌流抑制技术，消除了励磁涌流发生的剩磁、合闸角、铁心饱和等条件，在变压器投运到系统电网中时，完成了电压同期合闸，确保变压器铁心磁场不出现暂态过程，从而消除了励磁涌流。SPWM电压调制算法均不受变压器剩磁及合闸初相角的影响，可靠性较高。(3)该涌流抑制器系统响应速度可根据需要调整，能够完全跟随母线电压，适应母线电压的波动，同时可以反馈励磁电压输出，进行电压的闭环控制，使得该系统更具灵活性和实用性。有关变压器励磁涌流的深入分析还有待于进一步地研究。
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