基于能耗比的移變變壓器勵(lì)磁涌流的識(shí)別研究

廈門工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)PAGEIIPAGE17基于能耗比的移變變壓器勵(lì)磁涌流的識(shí)別研究摘要隨著經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的快速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)電力的需求與日俱增，國(guó)家電網(wǎng)在電力系統(tǒng)上的投資也是逐年增加，電力系統(tǒng)的容量不斷發(fā)展和擴(kuò)大。變壓器在電力系統(tǒng)占有重要的地位，承擔(dān)著電能的傳輸和電壓等級(jí)的變換，在發(fā)電和輸配電中都發(fā)揮著重要的作用，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備，在電力系統(tǒng)安全保護(hù)上，電力變壓器的保護(hù)的要求更高。由于變壓器的勵(lì)磁涌流是變壓器差動(dòng)保護(hù)中的一個(gè)關(guān)鍵性研究難點(diǎn)，所以對(duì)變壓器勵(lì)磁涌流的識(shí)別對(duì)變壓器保護(hù)、電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定有著重要的意義。本文對(duì)變壓器的結(jié)構(gòu)做了詳細(xì)介紹，對(duì)變壓器勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的機(jī)理，從勵(lì)磁涌流和故障電流的特征進(jìn)行分析，根據(jù)常用的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別方法的各自的優(yōu)缺點(diǎn)特征，對(duì)勵(lì)磁涌流和故障電流的不同做了分析，提出了基于能耗比的移變變壓器勵(lì)磁涌流的識(shí)別方法。通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)到的變壓器的電壓電流信號(hào)的變化，來(lái)識(shí)別勵(lì)磁涌流。在Matlab中的Simulink環(huán)境中搭建了勵(lì)磁涌流的仿真模型，設(shè)計(jì)了仿真實(shí)驗(yàn)，對(duì)空載閘、單相接地等條件下的驗(yàn)證，對(duì)獲得的結(jié)果進(jìn)行了分析，在電力系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)和故障情況下，能夠很好的識(shí)別出勵(lì)磁涌流和故障電流，減少了變壓器保護(hù)的錯(cuò)誤判斷引起的誤動(dòng)，提高了變壓器保護(hù)的可靠性。關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)，變壓器，勵(lì)磁涌流，能耗比IdentificationofMagnetizingInrushCurrentofTransformerTransformerBasedonEnergyRatioAbstractWiththerapiddevelopmentofeconomyandindustry,thedemandforelectricityinallwalksoflifeisincreasingdaybyday.Theinvestmentofthenationalgridinthepowersystemisalsoincreasingyearbyyear,andthecapacityofthepowersystemiscontinuouslydevelopingandexpanding.Thetransformeroccupiesanimportantpositioninthepowersystem.Itundertakesthetransmissionofelectricenergyandthetransformationofthevoltagelevel.Itplaysanimportantroleinpowergenerationandtransmissionanddistribution.Itisthekeyequipmentforthesafeandstableoperationofthepowersystem.Therequirementsforprotectionofpowertransformersarehigher.Sincethemagnetizinginrushcurrentofthetransformerisakeyresearchdifficultyinthetransformerdifferentialprotection,theidentificationofthetransformerinrushcurrenthasimportantsignificanceforthetransformerprotectionandthestableoperationofthepowersystem.Inthispaper,thestructureofthetransformerisintroducedindetail.Themechanismofthemagnetizinginrushcurrentofthetransformerisanalyzedfromthecharacteristicsofthemagnetizinginrushcurrentandthefaultcurrent.Accordingtotheadvantagesanddisadvantagesofthecommonlyusedtransformerinrushcurrentidentificationmethod,themagnetizinginrushcurrentandfaultcurrentareapplied.Thedifferenceisanalyzed,andtheidentificationmethodofthemagnetizinginrushcurrentofthetransformerbasedontheenergyconsumptionratioisproposed.Themagnetizinginrushcurrentisidentifiedbyachangeinthemonitoredvoltageandcurrentsignalofthetransformer.ThesimulationmodelofthemagnetizinginrushcurrentisbuiltintheSimulinkenvironmentinMatlab.Thesimulationexperimentisdesigned.Theverificationiscarriedoutundertheconditionsofno-loadgateandsingle-phasegrounding.Theobtainedresultsareanalyzedinvariousoperatingstatesofthepowersystem.Inthecaseofafault,themagnetizinginrushcurrentandthefaultcurrentcanbewellrecognized,themalfunctioncausedbythewrongjudgmentofthetransformerprotectionisreduced,andthereliabilityofthetransformerprotectionisimproved.KeyWords:Powersystem,Transformer,Magnetizinginrushcurrent,Energyratio目錄第1章緒論 11.1課題研究背景及意義 11.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 11.3勵(lì)磁涌流識(shí)別發(fā)展趨勢(shì) 21.4論文主要研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu) 2第2章變壓器勵(lì)磁涌流分析 42.1變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生原因 42.2勵(lì)磁涌流與變壓器器保護(hù)關(guān)系分析 52.3變壓器涌流識(shí)別方法 62.3.1諧波識(shí)別法 62.3.2波形特征識(shí)別法 72.3.3等值電路識(shí)別法 72.3.4有功功率識(shí)別法 82.4本章小結(jié) 8第3章基于能耗比的變壓器涌流識(shí)別方法 93.1勵(lì)磁涌流特征分析 93.2變壓器勵(lì)磁涌流分析模型 93.3基于能耗比的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別 103.4本章小結(jié) 11第4章基于能耗比的變壓器涌流識(shí)別仿真 124.1仿真模型建立 124.2仿真結(jié)果分析 13結(jié)論 14參考文獻(xiàn) 15謝辭 18第1章緒論1.1課題研究背景及意義電力系統(tǒng)是把多種設(shè)備相連在一塊來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)電、變電、輸電和用電四個(gè)過(guò)程，對(duì)于變電的這一過(guò)程通常是由變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。變壓器在電力系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色，在電力傳輸過(guò)程中，其是電壓高低之間變換的關(guān)鍵樞紐，在系統(tǒng)中能夠?qū)崿F(xiàn)能量傳遞。變壓器的工作狀況在一定程度上決定了系統(tǒng)能否穩(wěn)定工作，若是突然之間發(fā)生了比較嚴(yán)重的故障，線路可能就無(wú)法實(shí)現(xiàn)通電。若變壓器發(fā)生故障后，對(duì)其進(jìn)行檢修往往是比較麻煩的，而且在經(jīng)濟(jì)上一般也會(huì)造成難以估計(jì)的損失，所以在對(duì)變壓器進(jìn)行保護(hù)時(shí)，應(yīng)盡可能滿足繼電保護(hù)的基本要求。在實(shí)際生活中，電力設(shè)備可能會(huì)長(zhǎng)時(shí)間處于持續(xù)運(yùn)行的狀況，在這樣的情況下，可能會(huì)導(dǎo)致電力設(shè)備出現(xiàn)事故的概率增加。根據(jù)所查閱的資料發(fā)現(xiàn)，電力設(shè)備故障是造成電網(wǎng)故障最主要的原因，而變壓器一般作為設(shè)備中比較重要的元件，如果變壓器有故障發(fā)生時(shí)，不但會(huì)使電網(wǎng)癱瘓，而且狀況嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成非常大的經(jīng)濟(jì)虧損甚至對(duì)人身安全造成傷害，縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)一般作為變壓器的主保護(hù)，在電力系統(tǒng)中得到了比較廣泛的應(yīng)用，在相同的基準(zhǔn)值下，對(duì)變壓器原邊及副邊的電流相位與幅值進(jìn)行分析，可以判斷有沒(méi)有故障發(fā)生。變壓器勵(lì)磁涌流并不屬于故障狀態(tài)，但是會(huì)有非常大的差流出現(xiàn)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)作，特別是在變壓器空載合閘或外部故障消除時(shí)涌流更容易產(chǎn)生。因此，針對(duì)變壓器保護(hù)進(jìn)行分析時(shí)，至關(guān)重要的問(wèn)題就是準(zhǔn)確有效的識(shí)別勵(lì)磁涌流。電力變壓器作為電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，本身就是一個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的非線性元件，在各種運(yùn)行狀態(tài)的分析中，受到電流電壓狀態(tài)和磁路信息的影響，研究涌流對(duì)變壓器故障信息的判斷具有重要的作用。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)外的許多研究人員和專家對(duì)于變壓器的保護(hù)方面都做了大量深入的研究，包括軟件與硬件的保護(hù)裝置，同時(shí)對(duì)于鑒別勵(lì)磁涌流的手段也提出了很多方法，進(jìn)而可以很快的推進(jìn)鑒別勵(lì)磁涌流的方法的研究。利用電流間斷角制動(dòng)原理和二次諧波制動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)是應(yīng)用于變壓器主保護(hù)的兩個(gè)主要的原理。其中，當(dāng)使用第一種原理方法進(jìn)行制動(dòng)的時(shí)候，應(yīng)該盡可能的采用比較高的采用頻率，這樣的話才能盡可能的滿足間斷角的精度要求。一般間斷角處的絕對(duì)值很小，但是A/D轉(zhuǎn)換芯片恰恰在零點(diǎn)的附近處于轉(zhuǎn)換誤差最大的情況，鑒于這種情況，選用的轉(zhuǎn)換芯片要有較高的分辨率，提高保護(hù)的靈敏度來(lái)準(zhǔn)確判斷電流是否出現(xiàn)間斷的情況。然而要達(dá)到這樣的目的，需要對(duì)硬件有更高的要求，無(wú)疑會(huì)增加保護(hù)裝置的成本。因此在微機(jī)型變壓器縱差動(dòng)保護(hù)中使用的較多原理是二次諧波制動(dòng)原理。但是這種原理也有很多不足之處:在某些情況下可能產(chǎn)生諧振，例如提高電網(wǎng)的電壓等級(jí)、投入運(yùn)行較大容量的變壓器和無(wú)功補(bǔ)償裝置并聯(lián)使用過(guò)程中產(chǎn)生的分布電容，從而增加短路電流中的二次諧波成分，造成保護(hù)延遲動(dòng)作。在實(shí)際的工程應(yīng)用中，比率制動(dòng)是經(jīng)常采用的方法，采用的目的是為了防治外部短路引起的不平衡電流導(dǎo)致的保護(hù)裝置誤動(dòng)作，但是這種發(fā)放并不適用于高過(guò)渡電阻的故障發(fā)生的情況下。1.3勵(lì)磁涌流識(shí)別發(fā)展趨勢(shì)變壓器勵(lì)磁涌流的識(shí)別方法現(xiàn)在很對(duì)哦，傳統(tǒng)的有等值電路原理識(shí)別法。波形對(duì)稱識(shí)別原理、磁路分析和對(duì)系統(tǒng)中的高頻分量分析法。但是由于變壓器器結(jié)構(gòu)和電氣性能的特殊性，每種方法都在實(shí)際應(yīng)用中難以達(dá)到理論分析的準(zhǔn)確性。例如等值電路法，首先是利用變壓器的等值電路作為分析的基礎(chǔ)，但是變壓器是個(gè)非線性元件，電路分析時(shí)就是對(duì)其進(jìn)行配線性化處理，這種處理就帶有一定的偏差，變壓器等值電路中的參數(shù)整定時(shí)，參數(shù)的準(zhǔn)確性也會(huì)影響到該方法的正確性。波形對(duì)稱法是基于變壓器涌流的波形進(jìn)行分析識(shí)別，但是如何能夠獲得涌流的波形，就是一大難題，在對(duì)波形的采集分析過(guò)程中也會(huì)導(dǎo)致偏差的存在。需要利用現(xiàn)在其他科學(xué)技術(shù)的進(jìn)入共同研究涌流的識(shí)別，利用現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，綜合算法學(xué)對(duì)變壓器勵(lì)磁涌流進(jìn)行研究成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。1.4論文主要研究?jī)?nèi)容及組織結(jié)構(gòu)電力的應(yīng)用在現(xiàn)代生活中、科學(xué)技術(shù)發(fā)展上發(fā)揮著不能替代的作用，在電力系統(tǒng)中變壓器的作用越來(lái)越重要，但是在對(duì)變壓器的保護(hù)中，對(duì)于勵(lì)磁涌流的正確識(shí)別能夠減少變壓器保護(hù)的誤動(dòng)作，對(duì)于電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。隨著電力系統(tǒng)的容量和安全性的提高，對(duì)變壓器的勵(lì)磁涌流和故障電流的識(shí)別也提出了更高的要求，本文在研究了變壓器結(jié)構(gòu)特性和保護(hù)基本原理的額基礎(chǔ)上，研究了基于便器能耗比的勵(lì)磁涌流識(shí)別方法，并對(duì)該方法做了系統(tǒng)分析和仿真，論文的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容如下：第一章首先講述了本課題研究的背景及意義，分析了國(guó)內(nèi)外的相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，并勵(lì)磁涌流識(shí)別的重要性和傳統(tǒng)的方法存在的問(wèn)題做了詳細(xì)分析，并對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)做了一定預(yù)測(cè)。第二章是變壓器的勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生和識(shí)別方法做了大致的介紹，對(duì)變壓器故障和空載合閘時(shí)做了詳細(xì)的介紹，結(jié)合電路原理圖進(jìn)行了分析，對(duì)涌流與變壓器的保護(hù)關(guān)系做了深入的說(shuō)明，結(jié)合原來(lái)的每種方法的特點(diǎn)和原理都做了剖析，包括諧波識(shí)別法、波形特征識(shí)別法、等值電路識(shí)別法、有功功率識(shí)別法，對(duì)每種方法都給出了應(yīng)用的原理，對(duì)優(yōu)劣性也做了比較分析。第三章主要對(duì)基于能耗比的移變比變壓器的勵(lì)磁涌流的識(shí)別進(jìn)行了分析，首先分析了勵(lì)磁涌流的特征，為下面對(duì)其識(shí)別提供了識(shí)別的額基本依據(jù)，建立了變壓器=器勵(lì)磁涌流分析的數(shù)學(xué)模型，在基于等效T型電路對(duì)單相變壓器進(jìn)行了分析，最后給出了基于變壓器能耗比的勵(lì)磁涌流識(shí)別方法。第四章主要是基于能耗比的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別仿真研究，搭建了變壓器空載合閘于勵(lì)磁涌流和變壓器空載發(fā)生匝間短路故障下的模型，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了分析。第2章變壓器勵(lì)磁涌流分析2.1變壓器勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生原因變壓器在空載的狀態(tài)在，進(jìn)行合閘時(shí)，或是在故障恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，變壓器的勵(lì)磁電流就會(huì)發(fā)生巨大的增加。在電力系統(tǒng)中就會(huì)存在變壓器投切的情況，當(dāng)合變壓器的瞬間就會(huì)在合閘時(shí)產(chǎn)生較大的涌流。變壓器正常的情況下勵(lì)磁涌流較小，但是發(fā)生故障就會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁涌流變大，造成變壓器的不平衡電流增加，導(dǎo)致而保護(hù)裝置動(dòng)作。對(duì)單相變壓器的勵(lì)磁涌流進(jìn)行分析，在單相變壓器中接入電壓為，假設(shè)在討論分析時(shí)，對(duì)變壓器的樓阻抗做為0處理，繞組匝數(shù)分為1。當(dāng)變壓器進(jìn)行空載合閘時(shí)，則有：（2.1）對(duì)式（2.1）的微分方程進(jìn)行求解有：（2.2）變壓器磁通在合閘時(shí)不能突變，即是當(dāng)時(shí)，變壓器合閘，變壓器的應(yīng)該是等于變壓器里面的鐵芯的剩磁，式（2.2）中的常數(shù)就是與剩磁有關(guān)，其關(guān)系式為：（2.3）代入式（2.2）可以得到：（2.4）在式（2.4）中，，代表變壓器中的穩(wěn)態(tài)磁通分量，在變壓器單相磁通涌流分析中，不考慮變壓器的損耗，這樣就相當(dāng)于磁通中的直流分量。由上述分析可以看出，變壓器的電壓和磁通的在相角上差的相位角，在合閘的瞬間，電壓處于最大值，磁通量為0，如圖2-1所示，這時(shí)候變壓器中的勵(lì)磁涌流為0，沒(méi)有勵(lì)磁涌流的產(chǎn)生。圖2-1合閘瞬間變壓器暫態(tài)磁通另外的情況，在合閘的瞬間電壓為0，變壓器中的鐵芯磁通正好相反，為最大值，產(chǎn)生磁通就會(huì)和鐵芯的剩磁就會(huì)相互疊加，如果假設(shè)剩磁通，產(chǎn)生的感應(yīng)的磁通為，在方向預(yù)剩磁的方向正好相反，這樣的在鐵芯中的總磁通也是0，過(guò)了半個(gè)周期后，由于磁通疊加就會(huì)達(dá)到最大的，這就會(huì)產(chǎn)生合閘瞬間很大的勵(lì)磁涌流，如圖2-2就是單相勵(lì)磁涌流波形。圖2-2合閘瞬間單相勵(lì)磁涌流產(chǎn)生波形2.2勵(lì)磁涌流與變壓器器保護(hù)關(guān)系分析變壓器的保護(hù)主要是現(xiàn)在的差動(dòng)保護(hù)，保護(hù)對(duì)象主要包括變壓器繞組中的線圈及鐵芯的各個(gè)電氣量，對(duì)也鐵芯及線圈中的磁路的保護(hù)在對(duì)電氣線路的保護(hù)時(shí)考慮較少，常用的變壓器單相差動(dòng)保護(hù)的原理圖如2-3所示。圖2-3單相變壓器差動(dòng)保護(hù)原理圖對(duì)原理圖分析可知，變壓器正常運(yùn)行的情況下，沒(méi)有發(fā)生任何故障，電路和磁路的兩端的電流的相量恒等于0，用式子表示為：（2.5）如果變壓器中有故障發(fā)生，原來(lái)的平衡就會(huì)被打破，產(chǎn)生的故障電流就會(huì)在變壓器電氣回路中難以抵消，就會(huì)出現(xiàn)：（2.6）在式（2.6）中，是流出故障點(diǎn)的短路電流。如果保護(hù)的變壓器中的有條電路和一條磁路，就可以得到空載合閘有：（2.7）在式（2.7）中，是變壓器中的勵(lì)磁涌流。在正常的穩(wěn)態(tài)勵(lì)磁的過(guò)程中，變壓器鐵芯容易磁飽和，當(dāng)發(fā)生過(guò)勵(lì)磁時(shí)，產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)涌流高達(dá)，變壓器差動(dòng)保護(hù)的一般最小的保護(hù)動(dòng)作電流約設(shè)為（），這樣的話就會(huì)產(chǎn)生變壓器保護(hù)誤動(dòng)作。2.3變壓器涌流識(shí)別方法2.3.1諧波識(shí)別法諧波識(shí)別法是在涌流識(shí)別中常用的一種方法，主要是計(jì)算電流中的二次諧波的含量倆識(shí)別涌流。利用的判別式的比較來(lái)做出識(shí)別的結(jié)論。（2.8）在式中，、分別代表諧波中的基波幅值和二次諧波幅值，表示二次諧波的制動(dòng)比。這種識(shí)別方法原理相對(duì)較簡(jiǎn)單，對(duì)系統(tǒng)采樣的硬件要求也低，在一般的場(chǎng)合使用較為廣泛。但是該方法存在著較大的問(wèn)題，勵(lì)磁涌流是暫態(tài)的，在提取基波和二次諧波幅值時(shí)容易由于時(shí)間的而延遲產(chǎn)生誤差，造成保護(hù)的誤動(dòng)作。在確定值制動(dòng)比時(shí)較難。制動(dòng)比的值選取的不當(dāng)選取較小容易誤動(dòng)作，選取較大，會(huì)降低保護(hù)動(dòng)作的可靠性。在變壓器的的故障發(fā)生時(shí)，二次諧波較多，難以分析，會(huì)降低保護(hù)動(dòng)的靈敏性。2.3.2波形特征識(shí)別法波形對(duì)稱原理是通過(guò)對(duì)差流的前后半波，通過(guò)對(duì)稱性來(lái)判斷變壓器內(nèi)部是否產(chǎn)生的了勵(lì)磁涌流，同的比較式為：（2.9）在式中，表示電流導(dǎo)數(shù)前半波第點(diǎn)的數(shù)值；表示電流導(dǎo)數(shù)后半波與第點(diǎn)對(duì)應(yīng)的數(shù)值，則為比較閾值。當(dāng)滿足式（2.9）時(shí)，則代表是認(rèn)可的對(duì)稱波形，如果是大于閾值，則是不對(duì)稱的。如果是變壓器內(nèi)部發(fā)生了故障，式（2.9）是恒成立的，基本上可以排除涌流的問(wèn)題。如出現(xiàn)一定周期的不滿足等式的條件，可能是由于變壓器的勵(lì)磁涌流，因?yàn)閯?lì)磁涌流會(huì)存在至少周期的不滿足。該方法的難點(diǎn)就是對(duì)于閾值的選擇確定，閾值是一個(gè)范圍，范圍確定的不適合容易造成變壓器保護(hù)的拒動(dòng)或是誤動(dòng)。對(duì)于選比較點(diǎn)的多少也是一個(gè)難點(diǎn)，在理論上都是容易實(shí)現(xiàn)的，但是用到實(shí)際的保護(hù)中，需要經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)區(qū)是試探閾值和點(diǎn)數(shù)，需要通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。2.3.3等值電路識(shí)別法判別變壓器內(nèi)部是否發(fā)生故障的方法有很多種，其中通過(guò)檢測(cè)變壓器對(duì)地等值導(dǎo)納參數(shù)變化的原理來(lái)判別的原理為等值電路原理。變壓器參數(shù)中的互導(dǎo)納與鐵芯的飽和程度幾乎沒(méi)有關(guān)系，鐵芯沒(méi)有飽和的情況下，變壓器的原邊和副邊對(duì)地導(dǎo)納幾乎為零；而當(dāng)鐵芯飽和時(shí)，變壓器兩側(cè)的對(duì)地導(dǎo)納變大；特別是在鐵芯處于嚴(yán)重飽和的狀態(tài)下，變壓器各側(cè)對(duì)地導(dǎo)納幾乎和空芯變壓器的對(duì)地導(dǎo)納相等，其數(shù)值是一個(gè)不為零的常值。因此，可變壓器各側(cè)的對(duì)地導(dǎo)納參數(shù)的變化可以反應(yīng)變壓器是否發(fā)生短路故障。基于等值電路識(shí)別內(nèi)部故障和勵(lì)磁涌流的方法計(jì)算快速，準(zhǔn)確率較高；但由于這種方法是建立在等值電路的基礎(chǔ)上，因此等值電路的參數(shù)將對(duì)算法的結(jié)果精度產(chǎn)生很大的影響，還學(xué)需微機(jī)保護(hù)的可實(shí)現(xiàn)性做更深層次的研究。2.3.4有功功率識(shí)別法變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)會(huì)消耗大量的有功功率，而產(chǎn)生勵(lì)磁涌流時(shí)變壓器消耗的有功功率近似為零，有功功率識(shí)別法正是根據(jù)以上兩種情況。因此，通過(guò)計(jì)算流入總的變壓器有功功率，再依據(jù)對(duì)功率所設(shè)定的閩值即可識(shí)別變壓器的內(nèi)部故障電流和勵(lì)磁涌流。這種方法具有概念明確，穩(wěn)定性好且算法為積分值的優(yōu)點(diǎn)，但在具體的應(yīng)用過(guò)程中還需做進(jìn)一步的研究。2.4本章小結(jié)本章首先對(duì)變壓器涌流產(chǎn)生的原因與特征進(jìn)行了分析，對(duì)變壓器故障和空載合閘時(shí)做了詳細(xì)的介紹，結(jié)合電路原理圖進(jìn)行了分析，對(duì)涌流與變壓器的保護(hù)關(guān)系做了深入的說(shuō)明，結(jié)合變壓器差動(dòng)保護(hù)的原理，如何區(qū)別故障電流和涌流，降低涌流獨(dú)一變壓器保護(hù)的影響給出了判斷方法。最后對(duì)現(xiàn)在變壓器器涌流常用的識(shí)別方法都一一做了分析，對(duì)每種方法存在的問(wèn)題和特征也做了深入的剖析。第3章基于能耗比的變壓器涌流識(shí)別方法3.1勵(lì)磁涌流特征分析變壓器中勵(lì)磁涌流對(duì)其識(shí)別前，首先要分析器特征，如果變壓器中產(chǎn)生了勵(lì)磁涌流，一般具有以下的特征：（1）涌流的波形一般是尖頂波且含有較多的非周期及高次諧波分量，高次諧波中一般是以二次諧波為主并隨著時(shí)間的推移所占比例會(huì)越來(lái)越大。三相中至少有一相中的二次諧波占比相對(duì)較大，并且在剛開(kāi)始的有限個(gè)周期中波形一般會(huì)偏離時(shí)間軸的一側(cè)。（2）涌流值大小與空載投入瞬間的電壓初相角相關(guān)。變壓器分為單相變壓器與三相變壓器，若單相變壓器空載投入瞬間電壓幅值為零，這時(shí)涌流值是比較大的；當(dāng)空載投入瞬間電壓幅值為峰值時(shí)，則涌流值是比較小的。但是對(duì)于三相變壓器而言，三相之間會(huì)有120度的相位差，所以三相涌流一般是不相同的，不論在哪種狀況下空載投入，至少兩相中會(huì)形成程度不同的涌流。本文主要是對(duì)單相變壓器進(jìn)行分析。（3）在剛開(kāi)始有限個(gè)周期中，涌流波形不連續(xù)并且在每個(gè)周期內(nèi)會(huì)有80度到100度的間斷角。（4）涌流與額定電流大小關(guān)系與設(shè)備的容量有關(guān)，如果設(shè)備的容量比較小，對(duì)應(yīng)的倍數(shù)就會(huì)比較大。（5）涌流衰減的時(shí)間參數(shù)與設(shè)備容量和鐵芯材料存在一定的關(guān)系。大多數(shù)狀況下，設(shè)備容量相對(duì)較大，衰減時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)；鐵芯相對(duì)飽和時(shí)，衰減速度相對(duì)較快。3.2變壓器勵(lì)磁涌流分析模型本文的研究對(duì)象選取的是單相變壓器，所以在分析時(shí)，首先對(duì)單相變壓器的暫態(tài)進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，結(jié)合變壓器的等效電路，在暫態(tài)數(shù)學(xué)模型使用的而是變壓器型等效電路模型，等效分析電路如圖3-1所示，在圖中的電氣量都是在進(jìn)行暫態(tài)分析時(shí)的瞬時(shí)值。圖3-1單相變壓器暫態(tài)數(shù)學(xué)分析等效電路模型在回路中，對(duì)圖中的單元利用基爾霍夫定律列方程如下：（3.1）在對(duì)式（3.1）的分析中，是系統(tǒng)的等效電源，分別表示變壓器的一次回路和二次回路的電感，分別表示變壓器的一次回路和二次回路的電阻，是勵(lì)磁的電壓電動(dòng)勢(shì)，是求得勵(lì)磁電流的重要的參數(shù)，代表變壓器的鐵芯和線圈總的磁鏈。在沒(méi)有發(fā)生故障的情況下，變壓器處于正常運(yùn)行的狀態(tài)器電源端的電壓為：（3.2）如果對(duì)變壓器的勵(lì)磁涌流約等為0，在變壓器器回路中的電流可以求得為：（3.3）在正常運(yùn)行的狀態(tài)下，對(duì)變壓器中的一次側(cè)的回路阻抗可以忽略不計(jì)，得到的勵(lì)磁之路對(duì)其分析，電動(dòng)勢(shì)可以約等于電源的電壓，這樣求得的變壓器的鐵芯磁通的表達(dá)式為：（3.4）在變壓器的鐵芯的特性曲線的分析中可知，利用式（3.4）可以知道變壓器能否出現(xiàn)在故障態(tài)的情況下，出現(xiàn)恢復(fù)性涌流在空載和咋的情況下出現(xiàn)勵(lì)磁電流。3.3基于能耗比的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別在第二章中根據(jù)諧波分析法，對(duì)利用電流量識(shí)別涌流做了分析，同樣還有一種方法是利用電壓量識(shí)別勵(lì)磁涌流，器思想是與電流量的識(shí)別思想一致。當(dāng)變壓器在出現(xiàn)鐵芯飽和的情況下，如果發(fā)生狀態(tài)運(yùn)行變化，變壓器的鍛電壓由于電氣量的突變，鐵芯的磁路飽和，在端電壓會(huì)發(fā)生畸變，同樣是利用較大的諧波分量進(jìn)行判斷。如果有：（3.5）這時(shí)在變壓器內(nèi)部就有勵(lì)磁涌流，否則則是故障狀態(tài)下的故障電流。、分別代表電壓基波分量的幅值和門檻值，在長(zhǎng)期的應(yīng)用實(shí)踐中知道，無(wú)論是基于電壓量的識(shí)別方法還是基于電流量的二次諧波識(shí)別方法，在變壓器對(duì)勵(lì)磁涌流的判斷保護(hù)中都存在較大問(wèn)題，變壓器的保護(hù)系統(tǒng)統(tǒng)一發(fā)生拒動(dòng)或是誤動(dòng)，對(duì)變壓器的結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行分析，可以知道，在變壓器的內(nèi)部回路中，電壓和電流之間存在著電路和磁路的雙重關(guān)系，兩者并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，存在著復(fù)雜的電氣和磁鏈的聯(lián)系。對(duì)于勵(lì)磁涌流的識(shí)別應(yīng)該對(duì)于變壓器的端電壓和電流同時(shí)考慮，所以提出了基于能耗比的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別方法，綜合識(shí)別變壓器的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)中的電氣量。在正常的運(yùn)行狀態(tài)下，變壓器的有損耗主要包括負(fù)載損耗和空載損耗?？蛰d損耗是變壓器中固有存在的鐵芯損耗，這部分損耗是難以避免的，負(fù)載損耗可以根據(jù)歐姆損耗和雜散損耗的和間接求得。可以利用以下關(guān)系求得變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)下的有功損耗。歐姆損耗忽略溫度的影響可以看做是與電流的平方成正比，雜散損耗與變壓器的額內(nèi)部漏磁通有很大的關(guān)系，自計(jì)算時(shí)，一般為了方便，都是利用與變壓器繞組的匝數(shù)的平方成正比的關(guān)系，一般的損耗主要是在鐵芯損耗上，利用下式計(jì)算鐵芯損耗：（3.6）如果變壓器發(fā)生故障，故障點(diǎn)的會(huì)發(fā)生短路電流增大，發(fā)生電弧發(fā)應(yīng)，消耗巨大的能量，在故障電流的存在情況下，變壓器的損耗有功功率基本上是一直存在，不會(huì)想勵(lì)磁涌流發(fā)生存在的損耗，會(huì)隨著時(shí)間的變化消失，而是隨著故障的存在，一直在擴(kuò)大。這時(shí)的變壓器的有功功率消耗一般是在（15~20）%額定容量以上，這就可以基本判斷出此時(shí)的電流是勵(lì)磁涌流還是故障電流。通過(guò)對(duì)一定的應(yīng)用的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，在變壓器空載合閘的額情況下，勵(lì)磁涌流存在的情下，平均的無(wú)功遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均有功，最小的比值為4.1。如果是發(fā)生在故障態(tài)下的故障電流，發(fā)生變壓器內(nèi)部短路故障或是接地短路故障，由于故障點(diǎn)電流的存在，變壓器消耗很大的有功功率，這時(shí)故障態(tài)下，平均無(wú)功與平均有功的比值幾乎接近與0，可以與1相比較，都是小于1的。可以直接利用下式的能耗比進(jìn)行判斷識(shí)別：（3.7）為設(shè)定的能耗比的門檻值。3.4本章小結(jié)本章主要對(duì)基于能耗比的移變比變壓器的勵(lì)磁涌流的識(shí)別進(jìn)行了分析，首先分析了勵(lì)磁涌流的特征，為下面對(duì)其識(shí)別提供了識(shí)別的額基本依據(jù)，建立了變壓器=器勵(lì)磁涌流分析的數(shù)學(xué)模型，在基于等效T型電路對(duì)單相變壓器進(jìn)行了分析，最后給出了基于變壓器能耗比的勵(lì)磁涌流識(shí)別方法。第4章基于能耗比的變壓器涌流識(shí)別仿真4.1仿真模型建立在MATLAB仿真工具中，利用專用的電力仿真模塊PowerSystem中的電子元器的庫(kù)，搭建系統(tǒng)的仿真模型，結(jié)合PowerSystem中的電力系統(tǒng)元件的模型，對(duì)各個(gè)元器件的參數(shù)進(jìn)行整定后，獲得變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流的模型，為了利于對(duì)于，對(duì)變壓器中的故障類型做了選擇，做了空載匝間短路電流進(jìn)行了仿真模型的搭建。搭建的模型如圖4-1、4-2所示。圖4-1變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流仿真模型圖4-2變壓器空載匝間短路仿真模型4.2仿真結(jié)果分析變壓器空載合閘于涌流狀態(tài)下的能耗比值關(guān)系如圖4-2所示。圖4-2變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流下能耗比值關(guān)系變壓器發(fā)生故障態(tài)下的，存在故障電流情況下的能耗比值關(guān)系如圖4-3所示。圖4-3變壓器空載合閘勵(lì)磁涌流下能耗比值關(guān)系由獲得的仿真結(jié)果可以知道，滿足在變壓器空載合閘的情況下，如果存在的是勵(lì)磁涌流，那么對(duì)平均的無(wú)功遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平均有功，比值時(shí)遠(yuǎn)大于1的。如果是發(fā)生在故障態(tài)下的故障電流，變壓器消耗很大的有功功率，平均無(wú)功與平均有功的比值幾乎接近與0，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1。結(jié)論本文通過(guò)對(duì)變壓器勵(lì)磁涌流的識(shí)別方法進(jìn)行研究，深入分析了變壓器的工作原理和結(jié)構(gòu)，解勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的原因和對(duì)保護(hù)設(shè)備的影響，對(duì)變壓器的差動(dòng)保護(hù)和勵(lì)磁涌流之間的關(guān)系做了詳細(xì)的額分析，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我對(duì)專業(yè)知識(shí)有了新的了解，在論文的書(shū)寫(xiě)過(guò)程中我進(jìn)一步的將大學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行提煉與升華，同時(shí)在設(shè)計(jì)過(guò)程中提高了我對(duì)于實(shí)際工程進(jìn)行解決的能力，另外也提高我查閱文獻(xiàn)資料、對(duì)文獻(xiàn)資料的主要內(nèi)容的提取的能力，以及在如何使自己的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)規(guī)范，如何進(jìn)行電腦制圖等其他專業(yè)能力都得到了較大的提升。而且通過(guò)對(duì)畢業(yè)論文整體設(shè)計(jì)的全面掌握，對(duì)其中局部的取舍，以及對(duì)專業(yè)知識(shí)的認(rèn)真探討，都讓我的個(gè)人能力得到了進(jìn)一步的鍛煉，我的人生經(jīng)驗(yàn)得到了進(jìn)一步的豐富。做的具體工作如下：(1)對(duì)變壓器的相關(guān)原理進(jìn)行了學(xué)習(xí)，了解了涌流在變壓器產(chǎn)生的過(guò)程，如何對(duì)勵(lì)磁涌流進(jìn)行識(shí)別，分析了原有的識(shí)別方法，并做了優(yōu)劣勢(shì)的分析對(duì)比；(2)設(shè)計(jì)了基于能耗比的變壓器涌流識(shí)別方法，分析了為什么用利用這種識(shí)別方法，結(jié)合基于電流識(shí)別法和電壓識(shí)別法，在變壓器電路和磁路的影響下，電流電壓都是非線性的關(guān)系，給出了基于電壓電流的能耗比的識(shí)別法；(3)搭建了單相變壓器在空載合閘于有涌流和發(fā)生匝間短路情況下的仿真模型，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)性分析，負(fù)荷能耗比的識(shí)別應(yīng)該有的結(jié)果在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)有很大提升的地方：（1）本文只研究了單相變壓器的涌流識(shí)別情況，知識(shí)對(duì)單相變壓器的模型做了等效電路分析，沒(méi)有對(duì)常用的三相變壓器進(jìn)行建模分析，下一步應(yīng)該把方推向三相進(jìn)行研究（2）對(duì)于能耗比的具體門檻值沒(méi)有整定研究嗎，只是做了定性的分析，沒(méi)有研究出具體的數(shù)值范圍，需要進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)[1]周念成，李春艷，王強(qiáng)鋼.基于多變量多尺度熵的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2018,33(15):3426-3436.[2]黃少鋒,李?yuàn)檴?肖遠(yuǎn)清.基于非周期分量衰減速率的變壓器勵(lì)磁涌流鑒別方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2018,v.46；No.513(15):15-21.[3]ZhangL,LiM,JiT,etal.Identifyingmagnetizinginrushinpowertransformersbasedonsymmetryofcurrentwaveforms[J].IeejTransactionsonElectrical&ElectronicEngineering,2017,12(4).[4]ZhangLL,WuQH,JiTY,etal.Identificationofinrushcurrentsinpowertransformersbasedonhigher-orderstatistics[J].ElectricPowerSystemsResearch,2017,146:161-169.[5]ZhengY,PanS,XiaY,etal.AnalysisonAbnormalMagnetizingInrushCurrentOutputfromElectronicCurrentTransformerWhenNo-loadTransformerOperates[J].AutomationofElectricPowerSystems,2017,41(9):188-193.[6]公茂法,接怡冰,李美蓉,等.基于小波包與改進(jìn)的PSO-PNN變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別算法研究[J].電測(cè)與儀表,2018,55(8).[7]接怡冰,潘金生,李仁輝,等.基于小波變換的變壓器勵(lì)磁涌流的新判據(jù)[J].電子質(zhì)量,2017(8):8-13.[8]胡松,江亞群,黃純.基于偏度系數(shù)的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別方法[J].電網(wǎng)技術(shù),2018,42(6).[9]孟樂(lè),焦在濱,劉星,etal.一種基于負(fù)序分量的變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別新方法[J].變壓器,2019(1).[10]鄭彬,滕文濤,項(xiàng)祖濤,等.基于變壓器電流直流分量衰減特性的勵(lì)磁涌流識(shí)別方法[J].電網(wǎng)技術(shù),2017,41(6):2020-2026.[11]武猛,趙斌,馬林英,等.基于岸基變頻電源抑制船用變壓器勵(lì)磁涌流的研究[J].機(jī)電信息,2018(9).[12]姚東曉,張凱,賀要鋒,等.變壓器多特征勵(lì)磁涌流識(shí)別方案研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2017,45(13):149-154.[13]張飛宇,王琦,周云濤.基于勵(lì)磁阻抗變化的變壓器勵(lì)磁涌流判別方法的探討[J].電子制作,2018(1):65-66.[14]SongY,JiaH,XuX,etal.SimulationanalysisofinrushcurrentofthreephasetransformerbasedonMATLAB[C]//Control&DecisionConference.2017.[15]MoradiA,MadaniSM.Techniqueforinrushcurrentmodellingofpowertransformersbasedoncoresaturationanalysis[J].IetGenerationTransmission&Distribution,2018,12(10):2317-2324.[16]SahebiA,SametH,GhanbariT.Identifyinginternalfaultfrommagnetizingconditionsinpowertransformerusingthecascadedimplementationofwavelettransformandempiricalmodedecomposition[J].InternationalTransactionsonElectricalEnergySystems,2017,28(6):e2485.[17]SahebiA,SametH,GhanbariT.Evaluationofpowertransformerinrushcurrentsandinternalfaultsdiscriminationmethodsinpresenceoffaultcurrentlimiter[J].Renewable&SustainableEnergyReviews,2017,68:102-112.[18]CongW,WangW,XiaoJ,etal.TransformerInrushCurrentRestrainingSchemeBasedonSwitchingVoltageAmplitudeControllingMethod[J].AutomationofElectricPowerSystems,2017,41(8):159-165.[19]劉軍,王洋洋,劉誠(chéng)誠(chéng).小波變換在變壓器勵(lì)磁涌流識(shí)別中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制,2017,25(9):138-142.[20]周忠原,潘惠琴,劉偉,等.基于小波變換的勵(lì)磁涌流鑒別仿真[J].電子世界,2017(20):157-158.[21]張召峰,孫慶森,張海峰,等.變壓器勵(lì)磁涌流中的信息熵識(shí)別[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2017,45(12):107-111.[22]譚堯.基于勵(lì)磁阻抗變化的變壓器勵(lì)磁涌流判別方法[J].通訊世界,2017(13):239-239.[23]SadeghiMH,DamchiY,