基于simulink的變壓器故障仿真講解

1、圖書分類號(hào)： 密 級(jí)：畢業(yè)設(shè)計(jì) （ 論文 ）電力變壓器繼電保護(hù)動(dòng)作行為仿真分析系統(tǒng)Simulation and Analysis System for PowerTransformer Relay Protection學(xué)生姓名學(xué)院名稱專業(yè)名稱指導(dǎo)教師徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn) 行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文 不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本文的研究 做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。論

2、文作者簽名： 日期： 年 月 日徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定， 即：本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所 擁有。徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙 本復(fù)印件和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公 布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交 至各類數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保 存和匯編本學(xué)位論文。論文作者簽名：導(dǎo)師簽名：日期： 年 月日日期：年月日I徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要電力變壓器作為電力系統(tǒng)中重要的主設(shè)備之一

3、，在電力系統(tǒng)中承擔(dān)著變換電壓、交 換功率的重要作用，其運(yùn)行情況直接影響整個(gè)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。但是近年來，變 壓器保護(hù)的正確動(dòng)作率遠(yuǎn)低于線路保護(hù)， 因此對(duì)變壓器故障仿真研究具有十分重要的理 論意義和實(shí)用價(jià)值。本文針對(duì)變壓器保護(hù)中的一些問題，主要完成了以下工作 :以電力系統(tǒng)中常見的三相變壓器為研究對(duì)象， 介紹了變壓器主保護(hù)和后備保護(hù)基本 原理，并重點(diǎn)分析了差動(dòng)保護(hù)原理、勵(lì)磁涌流產(chǎn)生機(jī)理。根據(jù)變壓器微機(jī)繼電保護(hù)的基 本原理、邏輯構(gòu)成、保護(hù)算法及實(shí)現(xiàn)流程，利用 MATLAB/Simulink 里模塊，搭建了變壓器外部故障模型和內(nèi)部故障模型。此 模型能模擬變壓器繼電保護(hù)各功能模塊及其邏輯配合關(guān)系和時(shí)

4、序， 真實(shí)仿真變壓器繼電 保護(hù)裝置的動(dòng)作行為。利用此模型對(duì)變壓器各種故障做了大量的仿真與研究，其仿真結(jié) 果與理論分析一致，驗(yàn)證了故障仿真模型的正確性與有效性。結(jié)合電力變壓器繼電保護(hù)特點(diǎn)， 在深入了解和研究國(guó)內(nèi)外繼電保護(hù)數(shù)字仿真方法的 基礎(chǔ)上，利用繼電保護(hù)數(shù)字仿真技術(shù)，基于 MATLAB 軟件開發(fā)設(shè)計(jì)了電力變壓器繼電 保護(hù)動(dòng)作行為仿真分析系統(tǒng)。此系統(tǒng)提供了差動(dòng)保護(hù)、過電流保護(hù)、接地保護(hù)和過勵(lì)磁 保護(hù)的仿真模型，用戶可以設(shè)置主設(shè)備參數(shù)、保護(hù)整定值和故障類型，各種故障類型下 故障電流、電壓及動(dòng)作信號(hào)等仿真結(jié)果以圖形形式顯示。該系統(tǒng)人機(jī)界面友好、操作簡(jiǎn) 單、仿真分析結(jié)果直觀，能滿足繼電保護(hù)人員熟悉保護(hù)

5、原理和進(jìn)行故障分析的需要，在 繼電保護(hù)培訓(xùn)與教學(xué)等方面也具有一定的實(shí)用價(jià)值。關(guān)鍵詞 變壓器；繼電保護(hù)； MATLAB/Simulink ；仿真分析II徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AbstractAbstractPower transformer is one of the most important main equipment in the power system, and it plays an important role of transforming voltage and exchanging power in the power system. Its operating c

6、onditions affect the safety and stability of power system directly. But in recent years, the correct operation ratio of transformer protection is far lower than the line protection, so the simulation study of power transformer fault has very important theoretical significance and practical value. Th

7、is paper mainly does the following work aiming at some questions of transformer protection.This paper chooses the common three-phase transformer in the power system as the research object, introduces the fundamental principle of main protection and back-up protection of transformer.This paper sets u

8、p the outside fault model and the internal fault model of transformer based on the Matlab/Simulink according to the fundamental principle, the logical components, the protection algorithm and the implementation process of the transformer microcomputer relay protection. This model simulates each func

9、tion module of the transformer relay protection, simulates the actions of the transformer relay protection device. The model simulates and studies the transformer in all kinds of type of faults, the simulation results are in accord with the theoretic analysis, proving the correctness and validity of

10、 the simulation model.This paper deeply understands and studies domestic and foreign digital simulation methods of relay protection, and designs the simulation and analysis system of power transformer relay protection based on Matlab with the use of the relay protection digital simulation technique.

11、 The system provides the simulation model of differential protection, over current protection, ground protection and over-excitation protection, the user can set the main equipment parameters, the setting value of protection and the type of faults, furthermore, the simulation results under all kinds

12、 of type of faults can show the failure current, the voltage, operation signals and so on in the form of graphics. The system has a friendly interface of man-machine, and it is easy to operate, its simulation results can be showed in graphics, which can meet the needs of knowing the protection princ

13、iple well and making fault analysis for relay protection workers. It also has practical value in the relay protection training and teaching.KeywordsKeywords Transformer Relay protection MATLAB/Simulink Simulation and analysisIII徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）目錄摘要 .I.I. .Abstract . III1 緒論 . 61.1研究背景和意義 . 61.2國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)

14、和發(fā)展趨勢(shì) . 61.3本文結(jié)構(gòu)安排 . 72電力變壓器保護(hù)原理 . 82.1變壓器的工作原理及基本構(gòu)造 . 82.1.1變壓器的基本原理和構(gòu)造 . 82.1.2變壓器故障和異常運(yùn)行狀態(tài) . 92.2變壓器的主保護(hù)原理分析 . 92.2.1變壓器差動(dòng)保護(hù) . 92.2.2變壓器差動(dòng)回路不平衡電流分析 . 113. 鑒別勵(lì)磁涌流的原理與方法 . 143.1諧波識(shí)別法 . 143.1.1二次諧波電流鑒別勵(lì)磁涌流 . 143.1.2諧波電壓鑒別勵(lì)磁涌流 . 143.2波形特征識(shí)別法 . 153.2.1基于間斷角原理鑒別勵(lì)磁涌流 . 153.2.2基于波形對(duì)稱原理鑒別勵(lì)磁涌流 . 153.2.3基于波

15、形凹凸性識(shí)別勵(lì)磁涌流 . 163.3磁通特性識(shí)別法 . 163.4等值電路識(shí)別法 . 163.5有功功率識(shí)別法 . 174 變壓器仿真研究 . 184.1仿真長(zhǎng)線路末端電壓升高 . 184.1.1仿真模型如圖 . 184.1.2仿真參數(shù)介紹及波形 .174.2仿真三相變壓器 T2 的勵(lì)磁涌流 . 224.2.1仿真模型如圖： . 224.2.2仿真參數(shù)介紹及波形 . 224.3 仿真三相變壓器外部故障 . 274.3.1仿真模型如圖 : . 274.3.2仿真參數(shù)介紹及波形 . 284.4 仿真三相變壓器 T3 的勵(lì)磁涌流 . 304.4.1仿真模型如圖： . 304.4.2仿真參數(shù)介紹及波形

16、 . 314.5仿真三相變壓器 T3 的內(nèi)部故障 . 364.5.1仿真 T3 相間短路（ AB 相）的模型如圖： . 364.5.2模型參數(shù)介紹及波形 . 374.5.3仿真 T3 匝間短路的模型如圖： . 40徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4.5.4模型參數(shù)介紹及波形 . 405 變壓器仿真波形分析 . 435.1對(duì)勵(lì)磁涌流進(jìn)行 FFT 分析 . 435.2對(duì)外部故障進(jìn)行 FFT 分析 . 445.3對(duì)內(nèi)部故障進(jìn)行 FFT 分析 . 45結(jié)論 . 47致謝 . 48參考文獻(xiàn) . 49徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)1 緒論1.1研究背景和意義 電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、變電所、輸電線路、配電線路以及電力

17、用戶組成的整體，發(fā)電、 輸電、變電、配電、用電幾乎同時(shí)進(jìn)行。其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，都會(huì)導(dǎo)致用戶得不 到合格的電能或失去電能，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。電力系統(tǒng)通過變壓器實(shí)現(xiàn)升高電壓遠(yuǎn)距離輸送和降低電壓供用戶使用，變壓器是電力 系統(tǒng)重要的電氣主設(shè)備之一。 大型變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、 造價(jià)昂貴、一旦發(fā)生嚴(yán)重故障而損壞， 將給維修工作帶來很大困難，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。為保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，防 止事故的發(fā)生和擴(kuò)大，必須給變壓器裝設(shè)動(dòng)作可靠、性能良好的保護(hù)裝置。隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展，微機(jī)技術(shù)在電力系統(tǒng)繼電保護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用， 繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率也有較大的提高。但是變壓器保護(hù)的正確動(dòng)作率與

18、線路、發(fā)電 機(jī)保護(hù)相比卻一直偏低，以 2003年全國(guó) 220kV 及以上變壓器保護(hù)的運(yùn)行情況為例，其正 確動(dòng)作率僅為 76.2%，而同期全國(guó)電網(wǎng)輸電線路保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率為 98.9%1 。造成變 壓器保護(hù)正確動(dòng)作率偏低的原因是多方面的：(1)保護(hù)裝置質(zhì)量不佳、設(shè)計(jì)制造不合理導(dǎo)致的誤動(dòng)或拒動(dòng)；(2)外部短路不平衡電流、勵(lì)磁電流過大導(dǎo)致差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作；(3)繼電保護(hù)人員將 TA 極性接反、整定值有誤導(dǎo)致的誤動(dòng)；(4)調(diào)度人員的錯(cuò)誤判斷和處理不當(dāng)。其中電力工作人員對(duì)變壓器保護(hù)原理及故障現(xiàn)象了解不夠是變壓器保護(hù)動(dòng)作率偏低 的原因之一，為了降低電力工作人員的主觀因素造成的保護(hù)動(dòng)作率偏低，電力工作人員

19、必 須具有良好的職業(yè)技能和豐富的現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)。 但是“繼電保護(hù)”這門學(xué)科概念抽象、 理論復(fù)雜， 要理解和掌握 “繼電保護(hù) ”需要進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)與刻苦的學(xué)習(xí)。因此有必要研究變壓器繼電 保護(hù)的仿真技術(shù)，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)變壓器保護(hù)的各種仿真，便于使用者更好地熟悉變壓器 保護(hù)工作原理，減少工作失誤，提高工作效率。1.2國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)和發(fā)展趨勢(shì) 繼電保護(hù)裝置對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，因此在繼電保護(hù)裝置 投入使用前有必要進(jìn)行各種環(huán)境下的試驗(yàn)。以前，這種試驗(yàn)可以通過建立物理原型模擬仿 真實(shí)驗(yàn)室來實(shí)現(xiàn)，這些模型如發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器等，它們價(jià)格昂貴且體積大。因此 建造動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)室的缺點(diǎn)是占地廣

20、、投資大、周期長(zhǎng)，而且一旦建成接線方式很難以改 變，只能滿足特定試驗(yàn)的要求。一般作為新產(chǎn)品的開發(fā)階段的各種實(shí)驗(yàn)，以此來檢驗(yàn)該產(chǎn) 品是否滿足設(shè)計(jì)的要求，而無法用作大規(guī)模的產(chǎn)品出廠試驗(yàn)。因此投資少、接線方式方便 更改而且方便操作的實(shí)用仿真系統(tǒng)顯得十分重要，這就促使研制電力系統(tǒng)專用的數(shù)字仿真 系統(tǒng)。數(shù)字仿真是將真實(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來代替真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行研究和實(shí)驗(yàn)的一種技術(shù)，它可徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）以仿真電力系統(tǒng)各種運(yùn)行工況 2。繼電保護(hù)裝置的數(shù)字仿真的基本要求是真實(shí)性、適用性 和靈活性 3。真實(shí)性是指該仿真能根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)建立各種模型，并能正確模擬故障后保護(hù) 裝置的動(dòng)作行為 ;適用性是指在不同環(huán)境下

21、該仿真都能客觀的反映保護(hù)裝置的動(dòng)態(tài)特性和 靜態(tài)特性 ;靈活性是指該仿真可以方便的查詢和更改保護(hù)裝置的參數(shù)設(shè)置， 也可以根據(jù)不同 的保護(hù)原理編輯保護(hù)裝置的動(dòng)作邏輯。繼電保護(hù)的數(shù)字仿真系統(tǒng)一般由測(cè)量部分、邏輯部分和執(zhí)行部分組成4繼電保護(hù)原理結(jié)構(gòu)框圖如圖 1.1 所示。圖 1.1 繼電保護(hù)原理結(jié)構(gòu)框圖 測(cè)量部分的作用是測(cè)量被保護(hù)對(duì)象的各類運(yùn)行參數(shù)，在故障情況下測(cè)得的是故障參 數(shù)，將它與給定的繼電保護(hù)整定值相比較，將比較結(jié)果輸出給邏輯部分。邏輯部分按照繼 電保護(hù)預(yù)先設(shè)置的邏輯關(guān)系進(jìn)行判斷，確定保護(hù)是否使斷路器跳閘或者發(fā)出信號(hào)，并將判 斷結(jié)果輸出給執(zhí)行部分。執(zhí)行部分完成繼電保護(hù)發(fā)出的斷路器的跳閘命令或信

22、號(hào)。所以， 繼電保護(hù)仿真可以根據(jù)定值判別和邏輯判別的方法進(jìn)行建模仿真 5。1.3本文結(jié)構(gòu)安排論文分為 5 章:第 1 章介紹了本論文的研究背景和意義，闡述了國(guó)內(nèi)外繼電保護(hù)數(shù)字仿真技術(shù)的發(fā)展 現(xiàn)狀，簡(jiǎn)要分析了目前比較普遍的電力系統(tǒng)仿真軟件以及基于各種軟件的仿真系統(tǒng)。第 2 章介紹了變壓器的基本原理及構(gòu)成，分析了變壓器差動(dòng)保護(hù)、過流保護(hù)、接地保 護(hù)和過勵(lì)磁保護(hù)的保護(hù)原理，并重點(diǎn)闡述了變壓器差動(dòng)保護(hù)的特點(diǎn)。第 3 章介紹了變壓器磁化特性、勵(lì)磁涌流和 MATLAB/Simulink 的相關(guān)知識(shí)，第 4 章介紹了利用 MATLAB ，以變壓器保護(hù)原理為基礎(chǔ)， 搭建變壓器保護(hù)的數(shù)字保護(hù) 仿真模型的方法，并

23、對(duì)變壓器各種仿真模型進(jìn)行仿真分析，對(duì)比仿真結(jié)果與理論分析是否 一致，驗(yàn)證仿真模型的正確性。最后進(jìn)行總結(jié)，概括說明了本次實(shí)驗(yàn)的情況和價(jià)值，分析其優(yōu)點(diǎn)和特色，并指出了 其中存在的問題和今后的改進(jìn)方向。2-1）2-2）2-3）（2-4）（2-5）徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2 電力變壓器保護(hù)原理2.1變壓器的工作原理及基本構(gòu)造2.1.1 變壓器的基本原理和構(gòu)造 變壓器是一種靜止的電氣設(shè)備，它利用電磁感應(yīng)原理，將一種交流電壓電能轉(zhuǎn)換成同 頻率的另一種交流電壓電能。變壓器的工作原理可以總結(jié)為“動(dòng)電生磁，動(dòng)磁生電”八個(gè) 字 :當(dāng)變壓器一次側(cè)通入變化的交流電時(shí)， 這個(gè)變化的電流在以鐵芯構(gòu)成的主磁通回路產(chǎn)生

24、交變的主磁通，主磁通同時(shí)穿過一次繞組和二次繞組，由電磁感應(yīng)原理可知，在變壓器的 一次繞組中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)， 同時(shí)二次繞組中也產(chǎn)生了互感電動(dòng)勢(shì)。 變壓器原理圖如圖 2.1 所示。假設(shè)一次側(cè)通入正弦電壓，則產(chǎn)生磁通m sin t ，由電磁感應(yīng)原理可知：de1N1N1 m sin( t )dt 2 de2N2N 2 m sin( t )2 2 dt 2 m 2 有效值為：1E12 f N1 m 4.44 fN1 m1 2 1 m 1 m 1E22 f N2 m 4.44 fN 2 m變壓器的電壓變比：e1 N1 E1 U1Ke2 N2 E2 U 2由以上的分析可知，變壓器是通過電磁感應(yīng)原理制成的，磁

25、路一般由磁導(dǎo)率比較高的 鐵磁材料構(gòu)成，為了減少交變磁通在鐵芯中產(chǎn)生的磁滯損耗和渦流損耗，變壓器鐵心由圖 2.1 變壓器基本原理厚 度為 0.35mm 的冷軋硅鋼片疊裝而成。繞組是變壓器的電路部分，它一般有由包有絕緣材 料的高導(dǎo)電率材料如銅 （或鋁 ）線繞制而成，各繞組之間應(yīng)有良好的絕緣能力，保證為電力 變壓器提供暢通的電流回路。裝配時(shí)低壓繞組靠近鐵芯，高壓繞組套在低壓繞組的外面，徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）為加強(qiáng)絕緣和散熱，一般將鐵芯及繞組置于裝有變壓器油的油箱中。變壓器的引線從油箱 內(nèi)穿過油箱蓋時(shí)，必須經(jīng)過絕緣套管，以使高壓引線和接地油箱絕緣。2.1.2 變壓器故障和異常運(yùn)行狀態(tài) 電力變壓器

26、故障分為油箱內(nèi)故障和油箱外故障。變壓器油箱內(nèi)故障包括繞組之間發(fā)生 的相間短路、 單相繞組中發(fā)生的匝間短路、 繞組與鐵芯或外殼之間發(fā)生的單相接地短路等 ; 變壓器油箱外故障主要是套管和引出線上發(fā)生的接地短路和相間短路故障等。由于變壓器 本身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，油箱內(nèi)部發(fā)生故障是十分危險(xiǎn)的，故障產(chǎn)生電弧可能引起變壓器油的劇 烈氣化，而此氣體即為瓦斯，它可能導(dǎo)致變壓器外殼局部變形、甚至引起變壓器爆炸。因 此，變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，必須盡快將變壓器從電力系統(tǒng)切除。變壓器異常運(yùn)行包括過負(fù)荷、油箱漏油造成的油面降低、外部短路引起的過電流等， 變壓器處于異常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，保護(hù)應(yīng)發(fā)出信號(hào)。2.2變壓器的主保護(hù)原理分析2

27、.2.1 變壓器差動(dòng)保護(hù) 變壓器差動(dòng)保護(hù)用來反映變壓器繞組的相間短路故障、中性點(diǎn)接地側(cè)繞組的接地故障 以及引出線的相間短路故障等。 但是應(yīng)當(dāng)注意， 對(duì)于變壓器內(nèi)部繞組很少的匝間短路故障， 電流變化量不大，差動(dòng)保護(hù)可能反應(yīng)不了。所以一般把差動(dòng)保護(hù)和瓦斯保護(hù)（非電量保護(hù) ）作為變壓器的主保護(hù)。本論文中以常見的雙繞組變壓器為對(duì)象進(jìn)行研究分析。 如圖 2.1 以雙繞組變壓器為例， 變壓器原邊繞組線圈匝數(shù)為 Wh 、副邊繞組線圈匝數(shù)為 Wl 。設(shè)變壓器的變比為 nB ，對(duì)一個(gè) 單相變壓器而言 nB WhW 。設(shè)原邊繞組的電流互感器變比為 nh ，副邊繞組的電流互感器 變比為 nl 。各側(cè)電流以流入變壓器

28、的方向?yàn)檎较?，電流互感器同名端都?biāo)在母線側(cè)。把變壓器兩側(cè)的電流互感器按差接法接線，在正?；蛲獠抗收蠒r(shí)，流入繼電器的電流 為兩側(cè)電流之差，其值接近為零，繼電器不動(dòng)作；內(nèi)部故障時(shí)，流入繼電器的電流為兩側(cè) 電流之和，其值為短路電流，繼電器動(dòng)作。1 變壓器區(qū)外發(fā)生短路或正常運(yùn)行狀態(tài) 此時(shí)變壓器原邊繞組和副邊繞組的一次電流 I h1和I l1的方向如圖 2（a）所示。由于勵(lì)磁 電流在正常情況下比較小， 僅占額定電流的 2%10%，如果不計(jì)變壓器的勵(lì)磁電流 I e ，由 此得到：I h1 Il 1（2-6）nB電流互感器的同極性端都取靠近母線側(cè)，且互感器極性均按照減極性法標(biāo) 注，減極性法即：當(dāng)一次電流從

29、電流互感器的同名端流入時(shí)，其二次電流的方向?yàn)閺耐?端流出。因此，電流互感器的二次電流 Ih2 和Il2 的方向如圖 2（a）所示。其中 Ih2 Ih1/nh， Il2 I l1/ nl此時(shí)流入差動(dòng)繼電器中的電流 Id 為：Id徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)I h1 I l1I h2 I l 22-7)nhnlId1nBnh1nlI l12-8)h2l2I h1I l1nhnl2-9)將(2.6)式代入 (2.7)式可得：從上分析可知，理想情況下只要滿足：變壓器的勵(lì)磁電流 I g 0、nl nBnh 。則可以 實(shí)現(xiàn)流入差動(dòng)繼電器 KD 的電流 I d 0 為零。圖 2 變壓器差動(dòng)保護(hù)原理圖2 變

30、壓器區(qū)內(nèi)發(fā)生短路變壓器在區(qū)內(nèi)發(fā)生短路時(shí)，一次短路電流 Ih1和Il1 的方向均是流向短路點(diǎn)，如圖 2(b) 所示。此時(shí)由減極性標(biāo)注法可知二次電流 I h2 I l2 的方向如圖 2(b)所示。流入差動(dòng)繼電器 KD 中的電流 I d 為：為了讓區(qū)外短路時(shí)流入差動(dòng)繼電器的電流為零，已滿足 nl nBnh 的條件。則上式演變?yōu)椋?0I h1 I l 1 Id nlIK2-10)nl徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)由上式可知區(qū)內(nèi)短路時(shí)流入差動(dòng)繼電器的電流為短路電流的二次值。綜合以上分析，當(dāng)變壓器正常運(yùn)行或者區(qū)外發(fā)生短路故障時(shí)，流入差動(dòng)保 護(hù)的電流在理想情況下可以為 0，現(xiàn)實(shí)中考慮到電流互感器的誤差、變壓器

31、的接線方式、 有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)整等因素，使得正常運(yùn)行和區(qū)外適時(shí)流入差動(dòng)保護(hù)回路的電流不 可能為 0，實(shí)際上是比較小的不平衡電流，一般差動(dòng)保護(hù)的整定原則就是躲開此不平衡電 流。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)， 流入差動(dòng)回路的電流為短路電流的二次值， 此電流非常大， 能使差動(dòng)保護(hù)可靠動(dòng)作。因此差動(dòng)保護(hù)對(duì)其保護(hù)范圍內(nèi)的故障具有絕對(duì)的選擇性和動(dòng)作迅 速的優(yōu)點(diǎn)，所以差動(dòng)保護(hù)一直作為大容量變壓器保護(hù)的主保護(hù)之一。2.2.2 變壓器差動(dòng)回路不平衡電流分析變壓器常見的不平衡電流包括 :勵(lì)磁涌流、 電流互感器誤差及變比未完全匹配、 有載調(diào) 壓變壓器改變分接頭和變壓器 YN , d11接線導(dǎo)致變壓器兩側(cè)電流不平衡。

32、1.勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理及常用的閉鎖措施 變壓器的一、二次側(cè)是通過電磁聯(lián)系起來的，在正常運(yùn)行時(shí)勵(lì)磁電流比較小，一般不 超過額定電流的 (2% 10%)31 。在區(qū)外短路時(shí)由于電壓降低，勵(lì)磁電流更小，但是變壓器 空載投入或外部故障切除后電壓恢復(fù)時(shí)，靠近電源一側(cè)可能出現(xiàn)數(shù)值很大的勵(lì)磁電流，數(shù) 值可達(dá)額定電流的 68 倍，勵(lì)磁電流如潮水一樣涌來，故稱作勵(lì)磁涌流。所以差動(dòng)保護(hù)回 路中會(huì)流過很大的差動(dòng)電流， 可能引起保護(hù)誤動(dòng)作。 勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的機(jī)理可以用如下圖 2.3 來說明。在穩(wěn)態(tài)工作情況下，鐵芯中的磁通滯后于外加電壓 90，如圖 2.3(a)所示。如果空載合 閘瞬間 (t=0)正好發(fā)生在電壓瞬時(shí)值為零

33、 ( u =0)時(shí)，此時(shí)本應(yīng)磁通為 - m 。根據(jù)楞次定律電感 中磁通不能突變，所以為了保證此時(shí)磁通為零，變壓器將產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)制性的非周期分量磁 通，該非周期分量磁通在 t=0 時(shí)的幅值為 + m 。它與周期分量磁通合成后在 t=0 時(shí)的合成 磁通保持為零。由于非周期分量磁通衰減很慢，所以半個(gè)周波后周期分量磁通和非周期分 量磁通疊加使鐵芯中的合成磁通達(dá)到 2 m 。如果鐵芯中原先有剩余磁通 r ，那么鐵芯中的 磁通將達(dá)到 2 m r ，如圖 2.3 (b)所示。這么大的磁通使鐵芯嚴(yán)重飽和，由圖 2. 3 (c)的磁 化曲線可見，勵(lì)磁電流 I e 。急劇增大，成為勵(lì)磁涌流。 此后隨著非周期分量磁通

34、逐漸衰減， 合成磁通幅值也逐漸衰減，勵(lì)磁電流的幅值也逐漸衰減，直到穩(wěn)態(tài) 的勵(lì)磁電流幅值。勵(lì)磁涌流的波形如圖 2.3(d)所示。11徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 2.3 變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生機(jī)理2. 變壓器勵(lì)磁涌流的特點(diǎn)1）勵(lì)磁涌流很大，其中含有大量的直流分量；2）勵(lì)磁涌流中含有大量的高次諧波，其中以 2 次諧波為主，而短路電流中 2 次諧波 成分很小。表 2.1 中列出了短路電流和勵(lì)磁涌流中各次諧波分量的比例；3）勵(lì)磁涌流的波形有間斷角，涌流越大，間斷角越??；4）勵(lì)磁涌流的衰減常數(shù)與鐵芯的飽和程度有關(guān)，飽和越深，電抗越小，衰減越快。一 般情況下，變壓器容量越大，衰減的持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，但總的趨勢(shì)

35、是涌流的衰減速度往往比 短路電流衰減慢一些。12徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）表 2.1 變壓器內(nèi)部短路電流和勵(lì)磁涌流諧波分析結(jié)果勵(lì)磁涌流短路電流諧波分 量占基波 分量的百 分比（ %）例1例2例3例4不飽和飽和基波1001001001001001002 次諧波36305023943 次諧波76.99.41.04324 次諧波96.25.4795 次諧波542直流668062733803.勵(lì)磁涌流的危害性1）使變壓器在投運(yùn)時(shí)引發(fā)變壓器的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作，變壓器的投運(yùn)頻頻失??；2）變壓器出線短路故障切除時(shí)所產(chǎn)生的電壓突增，誘發(fā)變壓器保護(hù)誤動(dòng)，使變壓器各側(cè)負(fù)荷全部停電；3）數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流會(huì)導(dǎo)致

36、變壓器及斷路器因電動(dòng)力過大而受損；4）勵(lì)磁涌流及其引起的操作過電壓會(huì)對(duì)變壓器及斷路器等電氣設(shè)備造成損壞；5）勵(lì)磁涌流中的直流分量導(dǎo)致電流互感器磁路被過度磁化而大幅降低測(cè)量精度和繼 電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率；6）造成電網(wǎng)電壓驟升或驟降，影響其他電氣設(shè)備正常工作；7）勵(lì)磁涌流中的大量諧波對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染；8）引起臨近正在運(yùn)行的變壓器產(chǎn)生和應(yīng)涌流而跳閘 因此，必須對(duì)勵(lì)磁涌流采取相應(yīng)的措施，把危害降到最低。13徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)3. 鑒別勵(lì)磁涌流的原理與方法如前所述，變壓器差動(dòng)保護(hù)的主要矛盾集中在鑒別勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障上。近十多年 來，國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者致力于變壓器繼電保護(hù)的研究，提出

37、了多種鑒別勵(lì)磁涌流的原理與方 法，下面簡(jiǎn)要的概述一下這些原理與方法。3.1諧波識(shí)別法諧波識(shí)別法是通過電流或電壓中諧波含量的多少來區(qū)分內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流?？梢苑譃閮煞N，一是利用二次諧波電流鑒別勵(lì)磁涌流；二是通過分析變壓器端電壓中的諧波分量 而形成的電壓制動(dòng)式保護(hù)。3.1.1 二次諧波電流鑒別勵(lì)磁涌流 分析表明，勵(lì)磁涌流中含有較大的二次諧波分量，通過計(jì)算差動(dòng)電流中的二次諧波電 流與基波電流的幅值之比可判別是否存在勵(lì)磁涌流。當(dāng)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流時(shí)應(yīng)有Id2 K I式中 Id1、 I d2為差流中基波和二次諧波模值； K 是二次諧波制動(dòng)比，可以調(diào)整，一般整定 為 15%17% 。二次諧波制動(dòng)原理簡(jiǎn)單明了，目

38、前在國(guó)內(nèi)外變壓器的常規(guī)保護(hù)中運(yùn)用較普 遍，有較多的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，微機(jī)保護(hù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了該種原理。3.1.2 諧波電壓鑒別勵(lì)磁涌流其基本思想是當(dāng)變壓器因勵(lì)磁涌流出現(xiàn)嚴(yán)重飽和時(shí)，端電壓會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重畸變，其中包含較大的諧波分量，可以用來鑒別勵(lì)磁涌流。其原理簡(jiǎn)述如下，如果變壓器的三相電壓滿 足：V1 Vth(3.1)或 Tsum Tth(3.2)此時(shí)判為勵(lì)磁涌流，保護(hù)閉鎖。其中 V1是電壓基波分量的幅值； Vth 、 Tth分別是門檻 值； Tsum是一個(gè)監(jiān)視量，目的是為了克服在涌流時(shí)端電壓畸變引起的電壓 V 的下降導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作，NTsumV1k Vk(3.3)k1其中 V1k 基波分量計(jì)算采樣值； k 1V

39、k 電壓原始采樣值。分析和實(shí)驗(yàn)表明，在涌流情況下，雖然某些項(xiàng)可能出現(xiàn) V1 Tth可靠制動(dòng)。對(duì)于各種內(nèi)部短路，一般總有 V1Vth 和Tsum Vth ，即保護(hù)拒 動(dòng)，因此，在構(gòu)成該原理的保護(hù)時(shí)必然要求對(duì)系統(tǒng)阻抗有比較精確的了解，這導(dǎo)致了在整 定上的復(fù)雜。14將微分后差流的前半有以下來兩種實(shí)現(xiàn)途徑：徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)3.2波形特征識(shí)別法 根據(jù)變壓器在勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障時(shí)，差動(dòng)電流波形所具有的不同特征來區(qū)分勵(lì)磁涌 流和內(nèi)部故障的方法3.2.1 基于間斷角原理鑒別勵(lì)磁涌流通過檢測(cè)差流間斷角的大小來實(shí)現(xiàn)鑒別涌流的目的，一般采用的判據(jù)為：J 65； 65就判為勵(lì)磁涌流，閉鎖差動(dòng)保護(hù)；而當(dāng) J

40、 65且140時(shí)，則判為故障電流，開放差動(dòng)保護(hù)。間斷角原理利用了涌流時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的間斷角，通過測(cè)量間斷角的大小可以實(shí)現(xiàn)鑒別 涌流。得到了廣泛的應(yīng)用，但面臨著因 TA 傳變引起的間斷角變形問題。當(dāng) TA 飽和時(shí)， 間斷角區(qū)域產(chǎn)生反向電流，飽和越嚴(yán)重，反向電流越大，使得間斷角消失；內(nèi)部故障電流 則可能會(huì)產(chǎn)生間斷角，這些必然會(huì)使差動(dòng)保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)。此外，目前保護(hù)均是利用微機(jī) 來實(shí)現(xiàn)的， 為了準(zhǔn)確的測(cè)量間斷角， 需要很高的采樣率， 這就對(duì) CPU的運(yùn)算速度提出了很 高的要求；同時(shí)由于涌流間斷角處的電流非常小，幾乎為零，而 A/D 轉(zhuǎn)換在零點(diǎn)附件的轉(zhuǎn) 換誤差很大，因此，必須用高分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換芯片

41、，這些都使得間斷角原理所需的硬件 成本提高了。3.2.2 基于波形對(duì)稱原理鑒別勵(lì)磁涌流 波形對(duì)稱原理目前主要有積分型波形對(duì)稱原理和微分型波形對(duì)稱原理兩種。 積分型波形對(duì)稱原理是將一個(gè)周波采樣信號(hào)的波形經(jīng)過旋轉(zhuǎn)和平移變換后，進(jìn)行積處 分理，定義波形對(duì)稱系數(shù)，根據(jù)內(nèi)部故障電流和勵(lì)磁涌流的不同特征，加入模糊識(shí)別法， 設(shè)置一個(gè)出口計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器對(duì)不同的波形對(duì)稱系數(shù)采取不同的計(jì)數(shù)方法，當(dāng)計(jì)數(shù)器累加 值大于某一閥值時(shí)，判斷為勵(lì)磁涌流，閉鎖保護(hù)出口。對(duì)積分型波形對(duì)稱原理來說，只要 勵(lì)磁涌流有明顯的特征，故障電流畸變較小，諧波含量較小，該方法就可以實(shí)現(xiàn)快速出口 和可靠閉鎖于涌流。但是，當(dāng)故障電流畸變嚴(yán)重時(shí)，則

42、有可能延時(shí)出口，其實(shí)用性還有待 作進(jìn)一步的研究。微分性波形對(duì)稱原理首先將差流進(jìn)行向前微分，濾除直流分量，波與后半波作對(duì)比比較， 根據(jù)比較結(jié)果判斷是否發(fā)生了勵(lì)磁涌流，方法一：(3.5)i 點(diǎn)的數(shù)值， K 為比較閉I i I i 180I i I i 180I i 為差電流導(dǎo)數(shù)前半波第 i 點(diǎn)的數(shù)值， Ii 180 為后半波對(duì)應(yīng)第 值。當(dāng)?shù)?i 點(diǎn)的數(shù)值滿足上式時(shí)稱為對(duì)稱，否則為不對(duì)稱。連續(xù)比較半個(gè)周波，對(duì)于內(nèi)部 故障上式恒成立；對(duì)于勵(lì)磁涌流，至少有 1 4周波以上的點(diǎn)不成立。方法二：其實(shí)現(xiàn)方法是利用15(3.6)(3.7)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）代替上式，滿足條件則出口跳閘，不滿足則判為涌流

43、，保護(hù)閉鎖。 微分型波形對(duì)稱原理的這兩種方法都是基于對(duì)勵(lì)磁涌流導(dǎo)數(shù)波寬及間斷角的分析。然 而涌流波形與多種因素相關(guān)， 具有不確定性、 多樣性，如果 K 值取的太大， 保護(hù)可能誤動(dòng)， 而且故障電流也并非總是正弦波，實(shí)際情況中必須考慮故障情況的多樣性和故障波形的復(fù) 雜性，當(dāng)系統(tǒng)有分布電容較大的電纜線路存在時(shí)，故障波形中含有大量的諧波，此時(shí)，如 果K 值選的過小，保護(hù)可能拒動(dòng)作。所以該原理的應(yīng)用也不是很理想。3.2.3 基于波形凹凸性識(shí)別勵(lì)磁涌流由于在故障發(fā)生半周波內(nèi)， 無論故障發(fā)生時(shí)刻如何變化， 故障波形均可達(dá)到一次峰值， 而對(duì)于涌流波形來說大多數(shù)情況下也均可在空投后半周波內(nèi)達(dá)到一次峰值，即使個(gè)別

44、情況 下峰值出現(xiàn)在半周波以后，取半周波時(shí)刻的差流值作為差流峰值也不影響前半周波內(nèi)差流 波形的凹凸性。所以可以用啟動(dòng)時(shí)刻和差流達(dá)到峰值時(shí)刻之間這段差流波形的凹凸性來區(qū) 分勵(lì)磁涌流和內(nèi)部故障電流。在發(fā)生空投勵(lì)磁涌流時(shí)，勵(lì)磁涌流波形前半部分的始部呈凹 弧的尖頂波特性，而故障電流基本屬基頻正弦波呈現(xiàn)凸弧特性。依此原理構(gòu)造判據(jù)，通過計(jì)算三個(gè)連續(xù)的采樣點(diǎn)是否符合凹弧的數(shù)學(xué)特性來判斷波形 是否為勵(lì)磁涌流。這一原理只需要半個(gè)周波的采樣點(diǎn)即可判斷出波形的凹凸性，在時(shí)間上 可以達(dá)到快速判別的目的。但是該方法的運(yùn)算需要高的采樣率，在實(shí)際應(yīng)用中受到采樣頻 率的限制。3.3磁通特性識(shí)別法磁通特性原理是通過綜合利用變壓器

45、電壓和電流的信息來鑒別勵(lì)磁涌流的。磁通特性 原理考慮的是變壓器的勵(lì)磁特性， 以變壓器每個(gè)繞組的電壓回路方程為基礎(chǔ)， 如下式所示， 理論上可以完全消除勵(lì)磁涌流的影響U Ri L di ddt dt式中， R，L分別為該繞組的電阻和漏感， U ，i， 為該繞組電壓、電流和磁通的瞬 N2Iii1Ii 180N2IiIi 180i1K時(shí)值。該式在變壓器正常運(yùn)行、外部短路、空載合閘和過勵(lì)磁情況下等均滿足，但在內(nèi)部 故障時(shí)不滿足，從而可以區(qū)分內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流。目前，利用磁通特性原理鑒別勵(lì)磁涌流仍是一個(gè)比較活躍的研究方向，磁通特性制動(dòng) 原理的判斷和計(jì)算過程都比較簡(jiǎn)潔，檢測(cè)速度較快，適宜用微機(jī)保護(hù)實(shí)現(xiàn)。但是

46、該原理需 要知道變壓器繞組的漏感和磁制動(dòng)曲線，這在實(shí)際中不太可能行得通，還有待繼續(xù)研究3.4等值電路識(shí)別法等值電路原理是一種基于變壓器導(dǎo)納型等值電路的勵(lì)磁涌流判別方法，該方法是通過16徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）監(jiān)測(cè)對(duì)地等值導(dǎo)納的參數(shù)變化來鑒別變壓器的內(nèi)部故障，鐵芯線圈的漏抗和空心線圈的接 近，故此時(shí)變壓器的等值導(dǎo)納參數(shù)的互導(dǎo)納幾乎與變壓器的鐵芯飽和程度無關(guān)。鐵芯未飽 和時(shí)，變壓器各側(cè)對(duì)地導(dǎo)納幾乎為零，當(dāng)鐵芯飽和時(shí)，變壓器各側(cè)對(duì)地導(dǎo)納明顯增大，當(dāng) 鐵芯嚴(yán)重飽和時(shí)，變壓器各側(cè)對(duì)地導(dǎo)納幾乎與空芯變壓器的對(duì)地導(dǎo)納一致，且是一個(gè)不等 于零的常數(shù)。因此可以計(jì)算出變壓器各側(cè)的對(duì)地導(dǎo)納，通過其值的變化來判別

47、變壓器是否 發(fā)生內(nèi)部故障。這種算法計(jì)算速度快，即使在內(nèi)部故障疊加勵(lì)磁涌流的情況下，也能快速的識(shí)別是發(fā) 生內(nèi)部故障還是勵(lì)磁涌流。但是該算法是建立在變壓器等值電路的基礎(chǔ)上，因此變壓器等 值參數(shù)的精度必然會(huì)影響到該算法的精確程度，微機(jī)保護(hù)的可實(shí)現(xiàn)性還需要做進(jìn)一步的研 究。3.5有功功率識(shí)別法 由于變壓器內(nèi)部故障時(shí)消耗大量有功功率這一特性，提出了基于有功功率消耗總量的 保護(hù)方案，通過計(jì)算從各個(gè)端口流進(jìn)變壓器的有功功率的總和，來區(qū)分變壓器的內(nèi)部故障 電流和勵(lì)磁涌流。 由于勵(lì)磁涌流時(shí)的平均功率幾乎為零， 而內(nèi)部故障時(shí)消耗大量有功功率， 通過設(shè)置一個(gè)流進(jìn)變壓器的平均功率的閥值，便可檢測(cè)出變壓器的內(nèi)部故障。該

48、方法物理 感念明確，算法為積分值，穩(wěn)定性好，但在具體應(yīng)用的過程中還有需要完善的地方。由以上分析可以看出，目前廣泛使用的鑒別勵(lì)磁涌流的方法在理論上效果較理想，但 真正用到實(shí)際中還有一定距離。由于變壓器運(yùn)行的復(fù)雜性和故障的類型的多樣性，為了改 善保護(hù)性能，滿足電力系統(tǒng)不斷發(fā)展的需要 , 近十多年國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)變壓器保護(hù)的原理從 各方面進(jìn)行了深入的研究和試驗(yàn) , 提出了許多不同的方案。其中大多數(shù)進(jìn)行的動(dòng)摸試驗(yàn)和 仿真證明具有較高的靈敏度和可靠性 , 但離微機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)還有一段距離。而原來已用于 實(shí)際的一些方法隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展也面臨著新的考驗(yàn)。因此 , 為適應(yīng)未來電力系統(tǒng)的發(fā) 展要求 , 盡快研制出新

49、原理的微機(jī)變壓器保護(hù)已成為一個(gè)非?，F(xiàn)實(shí)和迫切的要求。17徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4 變壓器仿真研究4.1仿真長(zhǎng)線路末端電壓升高4.1.1 仿真模型如圖圖 4-1 長(zhǎng)線路仿真模型4.1.2 仿真參數(shù)介紹及波形模型窗口參數(shù)如下圖圖 4-2 仿真模型參數(shù)窗口Three-Phase Source參數(shù)如下圖：18徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 4-3 Three-Phase Source參數(shù)Three-Phase Breake（r QF4）的參數(shù)：圖 4-4 Three-Phase Breaker（ QF4）的參數(shù)Distributed Parameters Line的參數(shù)：19徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

50、（論文）圖 4-5 Distributed Parameters Line 的參數(shù)： Multimeter 的參數(shù)如下圖：圖 4-6 Multimeter 的參數(shù)其中， Us_ph1_gnd代表 Scope中的實(shí)線， Ur_ph1_gnd 代表虛線。Powergui的參數(shù)：將 Simulation type選為 Continuous,將 Lond flow frequency 改為 50Hz 即可。Scope的波形如下：（長(zhǎng)度為 300km）20徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖4-7 Scope的波形將 Distributed Parameters Line參數(shù)中的 Line Length 改為

51、 500km,則 Scope 的波形為：圖4-8 Scope的波形21徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）可見，分布參數(shù)導(dǎo)線長(zhǎng)度越長(zhǎng)，其末端電壓 Us 升高越明顯4.2仿真三相變壓器 T2 的勵(lì)磁涌流4.2.1 仿真模型如圖：圖 4-10 三相變壓器 T2的勵(lì)磁涌流模型4.2.2 仿真參數(shù)介紹及波形模型窗口參數(shù)不變。由勵(lì)磁涌流的特性可知：當(dāng)變壓器在電壓過零點(diǎn)合閘時(shí)，產(chǎn)生最大的勵(lì)磁電流；當(dāng)變 壓器在電壓最大值時(shí)合閘，不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁電流。因此先仿真三相變壓器的電壓。三相電源參數(shù)、 Powergui參數(shù)不變。 分布參數(shù)導(dǎo)線長(zhǎng)度設(shè)為 300km。QF3參數(shù)如下圖：22三相變壓器 T2的參數(shù)如下圖：w2: T2。

52、徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 4-12 三相變壓器 T2的參數(shù) 萬用表選擇測(cè)量的量由上到下依次為 Uag_w2: T2、 Ubg_w2: T2、 Ucg Demux參數(shù)的輸出量設(shè)為 3 。則示波器的波形為：23圖4-11 QF3參數(shù)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 4-13 示波器的波形由上圖可得：Uag_w2: T2、Ubg_w2: T2和 Ucg_w2: T2過零點(diǎn)時(shí)間可分別為 0.02、0.0267、0.0234。為峰值的時(shí)間可分別為 0.025、0.0317、0.0384。改變 QF3 的參數(shù)，如下圖：圖4-14 QF3的參數(shù) 上圖表示在 0.02秒時(shí)斷路器閉合。 萬用表選擇測(cè)量的量由

53、上到下依次為 Iexc_A: T2 、Iexc_B: T2、Iexc_C: T2 其他模塊參數(shù)不變。則示波器的波形為：24徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 4-15 示波器的波形將QF3的Transition times分別改為： 0.0267，則示波器波形為：圖 4-16 示波器的波形改為0.0234，則波形如下圖：25徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 4-17 示波器的波形 從上述波形可以看出，變壓器在某一相的電壓過零點(diǎn)合閘時(shí)，此相產(chǎn)生最大的勵(lì)磁電 流約為1200A，且經(jīng)過 0.2s左右衰減至穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流，峰值約為 20A。 將QF3的Transition times分別改為： 0.0

54、25、0.0317、0.0384，則示波器的波形分別 為:圖 4-18 過渡時(shí)間為 0.025s26徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 4-19 過渡時(shí)間為 0.0317s圖 4-20 過渡時(shí)間為 0.0384s從上述波形可以看出，當(dāng)變壓器在某一相電壓峰值時(shí)合閘，此相不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流， 而其他兩相則一定會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流。4.3 仿真三相變壓器外部故障4.3.1仿真模型如圖 :27圖 4-21 三相變壓器外部故障模型4.3.2 仿真參數(shù)介紹及波形模型窗口參數(shù)如下圖徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）三相電源參數(shù)不變。分布參數(shù)導(dǎo)線參數(shù)不變。三相三繞組變壓器 T2參數(shù)不變?nèi)郣LC串聯(lián)負(fù)載參數(shù)如下圖：28圖 2-

55、22 模型窗口參數(shù)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖4-23 三相 RLC串聯(lián)負(fù)載參數(shù)萬用表選擇測(cè)量的量為 Iag_w1: T2、Ibg_w1: T2、Icg_w1: T2、Iag_w2: T2、Ibg_w2: T2、Icg_w2: T2、 Iag_w3: T2、Ibg_w3: T2、 Icg_w3: T2。 選擇 “Plot selected measuremen。tsPowergui的參數(shù)變化如下圖：29徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 4-24 Powergui 的參數(shù)變化仿真變壓器 A 相接地短路Three-Phase Faul的t 參數(shù)如下圖：圖 4-25 Three-Phase Faul

56、t的參數(shù)4.4 仿真三相變壓器 T3的勵(lì)磁涌流4.4.1 仿真模型如圖：30圖 4-26 三相變壓器 T3的勵(lì)磁涌流4.4.2 仿真參數(shù)介紹及波形模型窗口參數(shù)如下圖 ：圖 4-27 仿真模型窗口三相電源參數(shù)不變。分布參數(shù)導(dǎo)線參數(shù)不變?nèi)嗳@組變壓器參數(shù)不變?nèi)郣LC并聯(lián)支路的參數(shù)如下圖：31徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖4-28 三相 RLC 并聯(lián)支路的參數(shù)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）三相兩繞組變壓器 T3的參數(shù)如下圖：圖 4-29 三相兩繞組變壓器 T3的參數(shù)Powergui的參數(shù)：將 Simulation type選為Continuous,將Lond flow frequency 改為 5

57、0Hz即 可。先仿真三相變壓器 T2的電壓和穩(wěn)態(tài)勵(lì)磁電流。斷路器 QF6的參數(shù)如下圖 :32徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 4-30 斷路器 QF6 的參數(shù)萬用表測(cè)量的量為 Uag_w1: T3、Ubg_w1: T3、Ucg_w1: T3、 Iexc_A: T3 。 選擇 “Plot selected measuremen。ts萬用表繪制的波形如下：圖 4-31 萬用表繪制的波形由上圖可得：Uag_w1: T3、Ubg_w1: T3和Ucg_w1: T3的過零時(shí)間分別為 0.02s、0.0267s、 0.0333s;為峰值的時(shí)間分別為 0.025s、0.0318s、0.0383s。Iexc_A

58、: T3為峰值是 0.7A的正弦波。改變QF6的參數(shù)如下圖：33徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖4-32 QF6的參數(shù)萬用表測(cè)量的量為 Iexc_A: T3、Iexc_B: T3、Iexc_C: T3圖 4-33 萬用表測(cè)量的量將QF6的過渡時(shí)間依次改為 0.0267s、 0.0333s、0.025s、0.0318s、0.0383s，則波形為：34徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 4-34 過渡時(shí)間為 0.0267s圖 4-35 過渡時(shí)間為 0.0333s35徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖 4-36 過渡時(shí)間為 0.025s圖 4-37 過渡時(shí)間為 0.0318s圖 4-38 過渡時(shí)間為 0.03

59、83s從上述圖中可得 :變壓器在某一相的電壓過零點(diǎn)合閘時(shí)， 此相產(chǎn)生最大的勵(lì)磁電流約為 15A，且經(jīng)過 0.1s左右衰減至穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的勵(lì)磁電流，峰值約為 0.7A 。 當(dāng)變壓器在某一相電壓峰值時(shí)合閘，此相不會(huì)產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，而其他兩相則一定會(huì)產(chǎn)生勵(lì) 磁涌流。與圖4-16、4-17、4-18比較，變壓器的容量越大，其空載合閘所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流的幅 度越大，衰減的時(shí)間越長(zhǎng)。4.5仿真三相變壓器 T3的內(nèi)部故障4.5.1 仿真 T3相間短路（ AB相）的模型如圖：36徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4.5.2模型參數(shù)介紹及波形模型窗口參數(shù)如下圖：三相電源參數(shù)不變。 分布參數(shù)導(dǎo)線參數(shù)不變。 三相三繞組變壓器參

60、數(shù)不變。 三相RLC并聯(lián)支路的參數(shù)不變。Powergui的參數(shù)：將 Simulation type選為Continuous,將Lond flow frequency改為50Hz即可。 三相RLC串聯(lián)負(fù)載 2的參數(shù)如下圖：37圖 4-39 三相變壓器 T3的內(nèi)部故障模型圖 4-40 模型窗口參數(shù)徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖4-41 三相 RLC串聯(lián)負(fù)載 2的參數(shù)Saturable Transforme（r 簡(jiǎn)寫為 ST）的參數(shù)如下圖：圖4-42 Saturable Transformer （簡(jiǎn)寫為 ST）的參數(shù)38徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）圖4-43ST1、ST2的參數(shù)與 ST的相同。 三相