稳态短路电流

作者简介：本文作者朱英浩同志系沈阳变压器研究所总工程师，我国变压器行业唯一的中国工程院院士。

激磁涌流、空载电流、短时动稳定电流、短时热稳定电流、暂态短路电流、稳态短路电流

从一个稳定状态转变为另一个稳定状态时在这两个稳定状态之间存在着过渡时期。

平常所谓空载电流是指空载变压器在额定电压与额定频率下激磁后在变压器内流动的稳态对称空载电流。此值很小，一般只占额定电流的百分之几或小于百分之一。但在变压器上一合上额定电压与额定频率的电源时，在空载的变压器合闸间，处于过渡过程的非对称合闸空载电流叫激磁涌流，作用时间很短，逐渐衰减到稳态空载电流，涌流峰值按指数曲线衰减，其时间常数为合闸侧绕组电感量与电阻量之比。小容量变压器在涌流时间常数较小，即很快过渡到稳态空载电流，而大容量变压器的涌流时间较大，要有一过程才过渡到稳态空载电流。涌流一般以峰值表示，空载电流以均方根值表示。

空载电流是变压器主要性能参数之一，在国家标准上有标准值与允许偏差的规定。在运行中要吸取无功容量。但涌流不是考核指标，它影响运行性能。合闸激磁涌流与铁心参数，如硅钢片特性中剩磁与饱和点、额定磁通密度，与绕组几何形状、匝数，与合闸时电压瞬时值等参数有关。如合闸瞬间正好为电压波形过零，铁心中剩磁与瞬变磁通的符号相反，当电压再过零时铁心饱和合闸激磁涌流的峰值将最大，有时可能超过额定电流很多倍，可用时间继电器使过流保护继电器对持续时间不长的合闸激磁涌流峰值不灵敏，另外内部绕组合闸时的合闸激磁涌流要比外部绕组合闸时的合闸激磁涌流要大，但时间常数要短些。在变压器做突发短路试验时，因一侧短路，另一侧加全电压时短路电流会与合闸激磁涌流叠加，所以，最好是内部绕组短接，而外部绕组加压以避免铁心饱和。短路 电流与涌流的

差异在于涌流第一个波含二次谐波分量，而短路 电流第一个波不含二次谐波分量，可从波形中第一个波中谐波分量来区别短路电流与合闸激磁涌流。

合闸激磁涌流与暂态短路电流还有一点区别，合闸激磁涌流只在合闸侧绕组中流（三相角接绕组中有合闸激磁涌流的感应分量，起降低合闸激磁涌流作用），暂态短路电流在高压与低压侧绕组中都流过而且短路电流的倍数在两侧也相等。

当电压波形达峰值时合闸，从合闸间开始即达稳态空载电流，铁心也不存在饱和现象，所以，这种合闸条件不存在合闸激磁涌流。这一点与短短电流一样，当电压 波形达峰值时发生短路，从短路瞬间开始即达稳态短路电流。

还有一点要注意，空载电流也会呈非线性。当变压器在过激磁情况下运行，稳态空载电流是较差的非线性电流，但此时稳态空载电流含较多的3次、5次谐波分量，一般以5次谐波分量表示过激磁空载电流特性。不论空载电流是否含谐波分量，稳态空载电流（包括过激磁时）的波形都是对称，为对称非线性或对称线性波形。

短时动稳定电流为过渡过程中衰减的非对称短路电流的峰值，短时热稳定电流为规定时间内稳态对称短路电流的均方根值。

用动稳定电流考核变压器承受动稳定效应的能力，即承受短路电流产生的机械力的能力；用热稳定电流考核变压器承受外部短路时的热效应的能力。在2s内的热稳定电流作用下，铜导体制成的绕组的平均温度应小于250℃。实际上是对短路电流密度作一限制。

暂态短路电流是指整个短路电流过渡期间非对称短路电流的衰减电流。电压波形过零时短路，暂态短路电流的第一个峰值最大，可达1.8倍稳态短路电流均方根值。暂态短路

电流峰值也按指数曲线衰减，其时间常数为整台变压器的电感量与电阻量之比。这与涌流时间常数仅与合闸侧绕组的电感量与电阻量之比有关。大容量变压器的短路电流衰减时间常数要比小容量变压器的电流衰减时间常数要大，也就是说大容量变压器会遭到较多个峰值很大的短路电流的作用，因此，宜用快速继电器在短暂时间内使断路器动作将短路电流切除。

稳态短路电流是短路电流过渡过程结束后的对称短路电流均方根值。稳态短路电流的长时间作用会对绕组或引线，分接开关或套管产生热效应，靠断路器动作解除对变压器的热效应。

变压器本身应承受住短时动稳定电流与短时热稳定电流产生的机械力与热的效应。

在变压器设计要进行绕组中安匝平衡计算内绕组失稳计算，各个绕组动态与静态应力计算，对短路电流密度限制到2s内铜导体平均温度小于250℃。在工艺上加垫块进行密度压处理，绕组进行恒干燥处理，各绕组的磁中心要一致。尤其注意绕组中换位与段到段过渡处的机械强度，不能在机械力作用发生匝间到段间短路。