器空載合閘勵磁涌流的仿真分析研究

1、第卷第期年月電力學報電氣工程文章編號：（）變壓器空載合閘勵磁涌流的仿真分析研究何越，熊元新，姜山，徐迎，魏徐（武漢大學電氣工程學院，武漢）摘要：變壓器在輕載或者空載的情況下合閘通電的時候，可能變壓器的一次側(cè)繞組中流過勵磁涌流。勵磁涌流出現(xiàn)的原因是在變壓器鐵芯被拖入飽和區(qū)甚至是深度飽和區(qū)，勵磁涌流對變壓器自身和對電網(wǎng)中的電能質(zhì)量都有不利影響?；趯蜗嘧儔浩骱腿嘧儔浩鞯暮祥l涌流進行了仿真研究，同時對變壓器空載合閘涌流的特性進行了深入的分析，對變壓器差動保護的精確整定，以及對變壓器空載合閘勵磁涌流的抑制方法提供了突破口。關(guān)鍵詞：變壓器；空載合閘；勵磁涌流；仿真；中圖分類號：文獻標識碼：變壓器是根

2、據(jù)電磁感應原理制成的一種靜止電器，用于把低電壓變成高電壓或把高電壓變成低電壓，是交流電輸配系統(tǒng)中的重要電氣設備。當變壓器合閘時，可能產(chǎn)生很大的電流。當合上斷路器給變壓器充電時，有時可以看到變壓器電流表的指針擺得很大，然后很快返回到正常的空載勵磁電流值，這個沖擊電流通常稱之為勵磁涌流。變壓器勵磁電流的大小取決于勵磁電感。的數(shù)值，也就取決于變壓器鐵芯是否飽和，正常運行和外部故障時變壓器不會飽和，勵磁電流一般不會超過額定電流的，對變壓器的縱差動保護的影響常常略去不計。當變壓器空載投入或者外部故障切除后電壓恢復時，變壓器電壓從零或很小的值突然上升到運行電壓。在這個電壓上升的暫態(tài)過程中，變壓器可能會嚴重

3、飽和，產(chǎn)生很大的暫態(tài)勵磁電流。這個暫態(tài)勵磁電流就是勵磁涌流。勵磁涌流的最大值可以達到額定電流的倍，并與變壓器的額定容量有關(guān)。勵磁涌流的特點（）涌流含有數(shù)值很大的高次諧波分量（主要是二次和三次諧波），因此，勵磁涌流的變化曲線為尖頂波。（）勵磁涌流的衰減常數(shù)與鐵芯的飽和程度有關(guān)。飽和越深，電抗越小，衰減越快。因此，在開始瞬間衰減很快，以后逐漸減慢，經(jīng)后其值不超過（，）。一般情況下，變壓器容量越大，衰減的持續(xù)時間越長，但總的趨勢是涌流的衰減速度往往比短路電流衰減慢一些。（）勵磁涌流的數(shù)值很大，最大可達額定電流的倍。（）波形完全偏離時間軸的一側(cè)，并且出現(xiàn)間斷。涌流越大，間斷角越小。（）含有很大成分的非

4、周期分量，間斷角越小，非周期分量越大。（）變壓器空載合閘時，涌流是否產(chǎn)生以及涌流大小跟很多因素有關(guān)，主要受到變壓器鐵芯剩磁、合閘角的影響。目前，在勵磁涌流的數(shù)值仿真方面，主要集中在以下集中比較成熟的方法上：使用變壓器鐵芯的基本磁化曲線進行擬合，即不考慮變壓器在重新合閘后，變壓器鐵芯中的磁滯現(xiàn)象對勵磁涌流的影響。還有就是借助變壓器的磁滯模型，但仍然借用變壓器鐵芯的基本磁化曲線進行擬合計算口。同時，有的文獻提出可以在變壓器基本磁化曲線的基礎上，進過適當?shù)男拚?，同樣可以反映變壓器的磁滯特性。雖然上述方法都已經(jīng)比較成熟，但是通過實際檢驗，發(fā)現(xiàn)各種數(shù)值算法對初始值的依賴性很大，如果初始數(shù)據(jù)不收稿日期：基

5、金項目：國家自然科學基金資助項目（）；國家大學生創(chuàng)新訓練計劃資助項目（）作者簡介：何越（一），男。湖北武漢人，主要從事變壓器方面的研究工作，（）崎電力學報第卷合適，很有可能在程序中出現(xiàn)錯誤，甚至可能計算出來的結(jié)果是發(fā)散的，而導致程序陷入死循環(huán)。其實，更多的文獻集中在對依托諸如等強大數(shù)值計算軟件對涌流進行計算，充分利用了的模塊化優(yōu)勢。同時有的文獻分析了變壓器勵磁涌流的衰減機理，根據(jù)變壓器等效電路，推導出衰減勵磁涌流的遞歸計算方法。通過曲線擬合的方法，提出了涌流幅值和間斷角隨時間變化的實用計算公式，為變壓器差動保護和后備保護的原理研究、整定計算提供了分析計算的工具口。其實，過去研究者對勵磁涌流的計

6、算分析都是著眼于更加精確的計算，從而為繼電保護的正確精確整定奠定基礎。但是實際上，變壓器空載合閘的失敗率還是相當高，完全可以另辟蹊徑，只要對勵磁涌流的基本特征進行分析，然后尋找突破口，最終抑制掉涌流，可能是一條更有前途的道路。本文做的就是這樣一個開拓性的工作，對今后運用全新的繼電保護整定方法奠定了基礎。本文對變壓器空載合閘勵磁涌流進行了仿真分析研究，對變壓器的縱差動保護的整定工作，以及對變壓器空載合閘勵磁涌流的抑制對策研究提供了前提條件，所以對勵磁涌流的仿真工作具有極其重要的意義。建模與仿真為了更加直觀深入的了解變壓器空載合閘勵磁涌流的特性，本文基于軟件平臺對變壓器的空載合閘勵磁涌流進行了仿真

7、。單相變壓器建模與仿真在軟件的平臺上搭建如圖所示的單相變壓器模型，仿真用的單相變壓器的參數(shù)如下所示：額定容量；額定電壓：。一（）；一次回路參數(shù)：（），（）。仿真結(jié)果見圖。固單相變壓器空載合閘涌流暫態(tài)過程仿真電路圖垂蜒超圖三相變壓器空載合閘涌流暫態(tài)過程仿真電路圖第期何越等：變壓器空載合閘勵磁涌流的仿真分析研究 圖三相變壓器三相電流和三相磁鏈的波形 電流波形、采樣值以及大致諧波分布圖三相變壓器的相電流波形及其采樣和頻譜分析仿真結(jié)果分析下面根據(jù)仿真結(jié)果，三相相諧波含量（表）進電流波形、采樣值以及大致諧波分布圖三相變壓器的相電流波形及其采樣和頻譜分析行分析總結(jié)（說明：頻率廠的單位：，諧波含量的單位：）

8、：電力學報第卷 電流波形、采樣值以及大致諧波分布圖三相變壓器的相電流波形及其采樣和頻譜分析表三相變壓四相諧波含量未入數(shù)衰減的，但必須注意到，由于在變壓器合閘到穩(wěn)定的幾秒鐘時間內(nèi)，變壓器的勵磁支路激烈地、頻繁地從飽和區(qū)到不飽和區(qū)，又從不飽和區(qū)進入飽和區(qū)乃至深度飽和區(qū)，所以等效的變壓器勵磁電感是在激烈地變化，沒有固定的衰減時間常數(shù)。同時可以得出結(jié)論，變壓器勵磁涌流的衰減不僅跟等效電路中的阻尼電阻有關(guān)系，同時跟變壓器的勵磁支路中等效勵磁電感有很大的關(guān)系。在三相變壓器的仿真中，仿真包括利用平臺中的中的可視化模塊對涌流諧波含量的分析；以及通過點的方法對三相勵磁涌流進行諧波含量的數(shù)值分析。顯然數(shù)值運算通過

9、圖形的形式輸出，精度沒有前者高，但是通過對比兩者的仿真結(jié)果，可以得出相同的結(jié)論，揭示了勵磁涌流的特征。通過上述對三相變壓器的仿真，可以得知、相的勵磁涌流有某些相同的特征，總結(jié)如下：（）都含有很高的直流分量，基波分量；（）同時含有比較高的二次諧波和三次諧波；（）三相勵磁涌流中偶次諧波含量較高（如）；（）在勵磁涌流中含有一定含量的分諧波（如）。結(jié)論本文對單相變壓器和三相變壓器空載合閘時刻的勵磁涌流進行了深入的仿真分析，得出了單相變壓器和三相變壓器中勵磁涌流的波形和諧波特征，對變壓器的縱差動保護的整定工作以及對變壓器勵磁涌流的抑制對策研究提供了前提條件和突破口，對今后的工作具有十分重大的意義。單相變壓器的仿真中，可以看到變壓器空載合閘時刻在勵磁支路中流過的勵磁涌流是近似按照指參考文獻：張保會，尹項根電力系統(tǒng)繼電保護北京：中國電力出版社，萬凱，劉會金，陳允平考慮鐵磁特性的有載調(diào)壓變壓器無暫態(tài)切換過程的理論研究刀中國電機工程學報，（）：段玉倩，賀家李，王鋼，等電力變壓器勵磁涌流仿真計算的瞬時功率法電網(wǎng)技術(shù)，（）：，（）：，（）：李曉慶陳爾奎。紀志成基于單相變壓器的仿真建模及特性分析變壓器，（）：張建松，何奔騰，張雪松變壓