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摘 要：剩磁由于无法在现场中进行具体测量，往往威胁设备安全运行，特别是可能造成大容量变压器无法一次送电成功。本文主要分析了大型变压器现场直流电阻测量时可能产生剩磁的原因及造成的危害，提出了现场消除剩磁的方法，并对规范现场作业消除剩磁影响提出了建议。
关键词：变压器;剩磁;励磁涌流;保护误动作;反复冲击法
0引言
按照国家电网公司《输变电设备状态检修试验规程》要求，直流电阻试验为大型变压器的例行试验项目，且无励磁调压变压器改变分接位置后、有载调压变压器分接开关检修后及更换套管后，也应测量一次[1]。直流电阻试验时选取的直流电流过大将在变压器铁芯中产生剩磁，而且由于大型变压器磁阻较小，尤其是三相五柱式变压器，直流电阻试验所加电流较大、时间较长、剩磁较多，将对变压器投运产生不利影响。而变压器的剩磁大小是影响变压器合闸涌流的重要因素之一。变压器的励磁涌流过大，将引起变压器保护误动作。国内曾发生过因剩磁导致触发变压器重瓦斯保护和差动保护动作的案例[2][3]。
剩磁的产生是由于铁磁材料固有的磁滞特性决定的，一般在断路器分闸、进行直流试验、空载试验后，变压器铁心残留有一定的剩余磁通即剩磁。铁心的磁化过程实际上是：在绕组上通过含有直流分量的电流时产生与直流分量成正比的磁势，铁心材料中的小磁极在此磁势作用下形成有序的排列，是一种电能转化为磁能的磁滞损耗。由于断路器分闸和空载试验造成的剩磁具有以一定的随机性，本文主要讨论直流试验在变压器铁心产生剩磁的原因和消除方法。
1、直流试验后剩磁的产生原因及可能造成的危害
电力变压器进行直流试验时，直流电流流过绕组，由于电流的方向一定，此时的绕组等同于一个电磁铁，被绕组缠绕的铁心由于处于磁力线最密集处，铁心被磁化。一般来说，处于磁场中的铁磁元件，其磁感应强度B不是磁场强度H的单值函数，存在磁滞曲线，如图1所示。因此直流电流消失后由于铁心的磁滞特性将在变压器铁心内产生剩磁，剩磁大小取决于变压器绕组通过的直流电流强度和时间。在变压器直流电阻试验中为了缩短试验时间和提高测量精度，通常采用较大电流的测试方法。电流越大、测试时间越长，剩磁量也就越大[4][5]。
铁心存在剩磁的变压器，进行空载投运操作时，由于断路器合闸相角的随机性可能使合闸时铁心的暂态磁通与剩磁方向一致产生叠加效果，造成铁心瞬间磁饱和而出现很大的励磁涌流且含有大量非周期的、高次的谐波分量。断路器合闸时励磁涌流过大，会产生较大的电动力和变压器震动而导致的油流涌动，造成主变重瓦斯的误动作和变压器本体连接部件的松动;同时空投主变时由于铁心饱和可能会产生数值较高、二次谐波含量较低的励磁涌流不仅增加了变压器的无功消耗，甚至可能导致差动保护二次谐波制动闭锁失效，造成差动保护误动作[6]，最终造成变压器投运失败。
另外，铁芯的高度饱和会使漏磁增加，引起绕组间的机械作用力，可能造成其固定物逐渐松动，还可能引起金属构件和油箱的局部过热。局部过热将加速绝缘老化并使变压器油分解，影响变压器的使用寿命。
2、减小剩磁影响的措施
剩磁一旦产生，不会自动消失，它将在正常情况下长期存在，因而变压器铁心剩磁不仅关系到绕组的运行安全，还影响到电力系统的安全、稳定运行，因此在变压器进行大电流直流试验后，采取消除或减小铁心剩磁的措施是很有必要的。根据铁心剩磁形成的机理，消除或减小剩磁就是要使铁心中有序排列的小磁极重新回到紊乱的自然状态，目前主要有以下几种方法：
（1）直流消磁法（反向反复冲击法）
在变压器高压绕组两端正向、反向分别通入一固定直流电流，且正向、方向電流保持相同时间，通常选取5-10分钟，之后减小电流，重复以上过程，直至电流减小到1A以下，如图2所示。此方法可以缩小铁芯的磁滞回环，从而达到减小剩磁的目的。现场根据仪器情况，可选用5A、2A、1A电流档位依次进行正、反向反复冲击消磁。也可购置专用变压器消磁仪进行消磁。
（2）交流零起升压消磁法
在变压器低压侧加交流电压，高压中性点接地，缓慢升高电压至50%额定值，并保持5分钟后降至0，然后缓慢升高电压至100%额定，保持5分钟后缓慢降至0，以达到完全去磁。
（3）减小直流电阻试验电流值及试验时间
在变压器试验时应尽量降低加载的电流值，可考虑使用助磁法进行测量，把高、低压绕组串联起来，通电流测量，由于高压绕组的匝数远比低压绕组匝数多，借助于高压绕组的励磁安匝数，用较小的电流就可使铁芯饱和，从而使绕组电感大为减小，以缩短测试时间，而达到快速测试的目的，从而尽量减小铁芯中的剩磁。
（4）控制电压合闸相位角
由铁芯剩磁引起的励磁涌流是可以抑制乃至消除的。由于偏磁的极性及数值是可以通过选择外施电压合闸相位角进行控制的，因此，如果能掌握变压器上次断电时磁路中的剩磁极性，就完全可以通过控制变压 器空投时的电源电压相位角，实现让偏磁与剩磁极性相反，从而消除产生励磁涌流的根源——磁路饱和，实现对励磁涌流的抑制[7]。
3、大容量变压器停电检修、试验消除剩磁的建议
1）现场检修在以下情况要进行消磁处理：（1）高、中压绕组直阻测量选择了大电流档（如20A及以上）;（2）500kV大容量变压器进行了直阻测试，当天必须进行送电的。
2）现场消磁可采用直流消磁法或专用变压器消磁仪。
3）现场检修应避免例行试验完成后不久即投入主变运行。（1）主变停电后须尽快完成一次引线拆除及试验;（2）绕组直阻测量的工作在例行试验中应尽可能靠前安排。
4）在试验顺序中，采用先直流后交流试验顺序，可以减少剩磁的存在，例如先做直阻测试，后做交流介损试验。
5）合理设置变压器重瓦斯的保护定值，防止出现因剩磁影响可能造成的合闸涌流大或重瓦斯误动作。
6）差动保护设置二次谐波交叉制动功能，即二次谐波不仅对本相起制动作用，对其他相也起制动作用，只要有一相检测出涌流，三相都闭锁。制动作用时间通过保护装置定值设置来实现。
参考文献 ：
[1] 国家电网公司关于印发《输变电设备状态检修试验规程》等8项标准的通知 国家电网企管（2014）52号
[2]刘 曦.浅析变压器励磁涌流引起的差动保护误动[J].浙江电力，2009（3）：43.
[3]万 凯.刘会金.计及剩磁效应的变压器模型 [J].变压器，2002，39（5）：1O-14.
[4] 陈季权.王如玫.动态磁化特性模拟[J].变压器，2001，38 （5）：7-9.
[5]何文林.500kV变压器重瓦斯动作的原因分析[J].华东电力，2006（6）： 73-74.
[6]李立新，束洪春.变压器电压恢复涌流分析[J].电力自动化设备，2007，27（10）：59-63.
[7]黄金，梁兆庭.基于剩磁测量的选相关合技术[J].低压电器，2011（9）：10-13.
关键词：变压器;剩磁;励磁涌流;保护误动作;反复冲击法
0引言
按照国家电网公司《输变电设备状态检修试验规程》要求，直流电阻试验为大型变压器的例行试验项目，且无励磁调压变压器改变分接位置后、有载调压变压器分接开关检修后及更换套管后，也应测量一次[1]。直流电阻试验时选取的直流电流过大将在变压器铁芯中产生剩磁，而且由于大型变压器磁阻较小，尤其是三相五柱式变压器，直流电阻试验所加电流较大、时间较长、剩磁较多，将对变压器投运产生不利影响。而变压器的剩磁大小是影响变压器合闸涌流的重要因素之一。变压器的励磁涌流过大，将引起变压器保护误动作。国内曾发生过因剩磁导致触发变压器重瓦斯保护和差动保护动作的案例[2][3]。
剩磁的产生是由于铁磁材料固有的磁滞特性决定的，一般在断路器分闸、进行直流试验、空载试验后，变压器铁心残留有一定的剩余磁通即剩磁。铁心的磁化过程实际上是：在绕组上通过含有直流分量的电流时产生与直流分量成正比的磁势，铁心材料中的小磁极在此磁势作用下形成有序的排列，是一种电能转化为磁能的磁滞损耗。由于断路器分闸和空载试验造成的剩磁具有以一定的随机性，本文主要讨论直流试验在变压器铁心产生剩磁的原因和消除方法。
1、直流试验后剩磁的产生原因及可能造成的危害
电力变压器进行直流试验时，直流电流流过绕组，由于电流的方向一定，此时的绕组等同于一个电磁铁，被绕组缠绕的铁心由于处于磁力线最密集处，铁心被磁化。一般来说，处于磁场中的铁磁元件，其磁感应强度B不是磁场强度H的单值函数，存在磁滞曲线，如图1所示。因此直流电流消失后由于铁心的磁滞特性将在变压器铁心内产生剩磁，剩磁大小取决于变压器绕组通过的直流电流强度和时间。在变压器直流电阻试验中为了缩短试验时间和提高测量精度，通常采用较大电流的测试方法。电流越大、测试时间越长，剩磁量也就越大[4][5]。
铁心存在剩磁的变压器，进行空载投运操作时，由于断路器合闸相角的随机性可能使合闸时铁心的暂态磁通与剩磁方向一致产生叠加效果，造成铁心瞬间磁饱和而出现很大的励磁涌流且含有大量非周期的、高次的谐波分量。断路器合闸时励磁涌流过大，会产生较大的电动力和变压器震动而导致的油流涌动，造成主变重瓦斯的误动作和变压器本体连接部件的松动;同时空投主变时由于铁心饱和可能会产生数值较高、二次谐波含量较低的励磁涌流不仅增加了变压器的无功消耗，甚至可能导致差动保护二次谐波制动闭锁失效，造成差动保护误动作[6]，最终造成变压器投运失败。
另外，铁芯的高度饱和会使漏磁增加，引起绕组间的机械作用力，可能造成其固定物逐渐松动，还可能引起金属构件和油箱的局部过热。局部过热将加速绝缘老化并使变压器油分解，影响变压器的使用寿命。
2、减小剩磁影响的措施
剩磁一旦产生，不会自动消失，它将在正常情况下长期存在，因而变压器铁心剩磁不仅关系到绕组的运行安全，还影响到电力系统的安全、稳定运行，因此在变压器进行大电流直流试验后，采取消除或减小铁心剩磁的措施是很有必要的。根据铁心剩磁形成的机理，消除或减小剩磁就是要使铁心中有序排列的小磁极重新回到紊乱的自然状态，目前主要有以下几种方法：
（1）直流消磁法（反向反复冲击法）
在变压器高压绕组两端正向、反向分别通入一固定直流电流，且正向、方向電流保持相同时间，通常选取5-10分钟，之后减小电流，重复以上过程，直至电流减小到1A以下，如图2所示。此方法可以缩小铁芯的磁滞回环，从而达到减小剩磁的目的。现场根据仪器情况，可选用5A、2A、1A电流档位依次进行正、反向反复冲击消磁。也可购置专用变压器消磁仪进行消磁。
（2）交流零起升压消磁法
在变压器低压侧加交流电压，高压中性点接地，缓慢升高电压至50%额定值，并保持5分钟后降至0，然后缓慢升高电压至100%额定，保持5分钟后缓慢降至0，以达到完全去磁。
（3）减小直流电阻试验电流值及试验时间
在变压器试验时应尽量降低加载的电流值，可考虑使用助磁法进行测量，把高、低压绕组串联起来，通电流测量，由于高压绕组的匝数远比低压绕组匝数多，借助于高压绕组的励磁安匝数，用较小的电流就可使铁芯饱和，从而使绕组电感大为减小，以缩短测试时间，而达到快速测试的目的，从而尽量减小铁芯中的剩磁。
（4）控制电压合闸相位角
由铁芯剩磁引起的励磁涌流是可以抑制乃至消除的。由于偏磁的极性及数值是可以通过选择外施电压合闸相位角进行控制的，因此，如果能掌握变压器上次断电时磁路中的剩磁极性，就完全可以通过控制变压 器空投时的电源电压相位角，实现让偏磁与剩磁极性相反，从而消除产生励磁涌流的根源——磁路饱和，实现对励磁涌流的抑制[7]。
3、大容量变压器停电检修、试验消除剩磁的建议
1）现场检修在以下情况要进行消磁处理：（1）高、中压绕组直阻测量选择了大电流档（如20A及以上）;（2）500kV大容量变压器进行了直阻测试，当天必须进行送电的。
2）现场消磁可采用直流消磁法或专用变压器消磁仪。
3）现场检修应避免例行试验完成后不久即投入主变运行。（1）主变停电后须尽快完成一次引线拆除及试验;（2）绕组直阻测量的工作在例行试验中应尽可能靠前安排。
4）在试验顺序中，采用先直流后交流试验顺序，可以减少剩磁的存在，例如先做直阻测试，后做交流介损试验。
5）合理设置变压器重瓦斯的保护定值，防止出现因剩磁影响可能造成的合闸涌流大或重瓦斯误动作。
6）差动保护设置二次谐波交叉制动功能，即二次谐波不仅对本相起制动作用，对其他相也起制动作用，只要有一相检测出涌流，三相都闭锁。制动作用时间通过保护装置定值设置来实现。
参考文献 ：
[1] 国家电网公司关于印发《输变电设备状态检修试验规程》等8项标准的通知 国家电网企管（2014）52号
[2]刘 曦.浅析变压器励磁涌流引起的差动保护误动[J].浙江电力，2009（3）：43.
[3]万 凯.刘会金.计及剩磁效应的变压器模型 [J].变压器，2002，39（5）：1O-14.
[4] 陈季权.王如玫.动态磁化特性模拟[J].变压器，2001，38 （5）：7-9.
[5]何文林.500kV变压器重瓦斯动作的原因分析[J].华东电力，2006（6）： 73-74.
[6]李立新，束洪春.变压器电压恢复涌流分析[J].电力自动化设备，2007，27（10）：59-63.
[7]黄金，梁兆庭.基于剩磁测量的选相关合技术[J].低压电器，2011（9）：10-13.