變壓器勵(lì)磁涌流的仿真研究

柴勇權(quán)

摘 要：對(duì)變壓器空載合閘的電磁瞬變過(guò)程進(jìn)行工程計(jì)算很復(fù)雜。文章利用MATLAB的simulink仿真中的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)（sim power systems），為研究分析肇慶大旺電廠水島變壓器空載合閘瞬變過(guò)程建立了仿真模型，它可以分析該變壓器在空載合閘瞬變過(guò)程中勵(lì)磁涌流、磁通以及諧波的變化情況。并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，對(duì)研究變壓器空載合閘的瞬變過(guò)程有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：水島變壓器；空載合閘；勵(lì)磁涌流；simulink仿真

引言

變壓器空載合閘時(shí)，由于鐵芯飽，勵(lì)磁電流將很大，最嚴(yán)重時(shí)可達(dá)正常勵(lì)磁電流的上百倍（或數(shù)倍的變壓器額定電流）。勵(lì)磁電流的最大值可以達(dá)變壓器額定電流的4-8倍（與變壓器的額定容量有關(guān)），這一遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常勵(lì)磁電流的合閘電流被稱為勵(lì)磁涌流。

勵(lì)磁涌流的大小與合閘時(shí)電壓的相角、變壓器鐵芯剩磁和飽和程度等有關(guān)。另外，在變壓器空載合閘瞬變過(guò)程中，電壓電流的波形也會(huì)畸變，產(chǎn)生諧波。一定的條件下甚至引起電力系統(tǒng)諧振，引起過(guò)電壓。

工程上分析計(jì)算變壓器空載合閘的瞬變過(guò)程非常復(fù)雜，一般要作若干的簡(jiǎn)化，如假定鐵芯不飽和且無(wú)剩磁，忽略一次繞組的電阻等。

文章用MATLAB仿真軟件對(duì)變壓器空載合閘的瞬變過(guò)程進(jìn)行仿真分析，展示分析了其磁通、勵(lì)磁涌流、諧波等物理量，對(duì)工程應(yīng)用提供了便捷有效的手段。

1 三相變壓器模型仿真

1.1 模型及參數(shù)

圖1中部分元件參數(shù)以國(guó)電肇慶大旺電廠為例：電源額定電壓UN=6.3kV，內(nèi)部電抗電阻比設(shè)為7；水島變壓器型號(hào)為SCB10-1600/6.3，參數(shù)：SN=1600KVA，繞組聯(lián)結(jié)方式為Dyn-11，額定電壓為6.3/0.4 kV；增益模塊K1=1/U1Nm，K2=2？仔f/U2Nm（其中U1Nm為一次側(cè)電壓的幅值）。增益模塊用于轉(zhuǎn)換測(cè)量量為標(biāo)幺值。斷路器有一個(gè)控制端接計(jì)時(shí)器，可控制斷路器的分合閘時(shí)間，合閘時(shí)間0.1S，仿真時(shí)間2S。水島變主保護(hù)采用比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)，采用二次諧波制動(dòng)來(lái)躲過(guò)變壓器空載合閘涌流，二次諧波制比為0.2。

1.2 仿真結(jié)果分析

為提高仿真效率，仿真算法選為ode23t，仿真時(shí)間2s。變壓器A相勵(lì)磁電流波形，二次諧波含量標(biāo)幺值波形，變壓器出口三相短路時(shí)的二次諧波與電流波形如圖2-5。

可見(jiàn)，電流涌流波形在合閘瞬間值達(dá)到最大，在時(shí)間軸一側(cè)呈指數(shù)衰減。在一定情況下變壓器空載合閘時(shí)，二次諧波標(biāo)幺值最大值小于0.2，而使勵(lì)磁涌流引起二次諧波制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)（二次諧波制比），而適當(dāng)降低二大次諧波制比，則可有效降低變壓器空投時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的情況。又由仿真圖形可得出，變壓器外部短路時(shí)或其他故障擾動(dòng)時(shí)，電流中可能含有少量二次諧波，甚至大于0.2，若二次諧波制比選取過(guò)低則會(huì)降低內(nèi)部故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度（等待短路電流中二次諧波含量衰減），故而二次諧波制比不能選取過(guò)低，以防故障時(shí)保護(hù)拒動(dòng)，一般0.15-0.2為宜。

國(guó)電大旺電廠就曾出現(xiàn)過(guò)水島變檢修后空載充電時(shí)，連續(xù)兩次勵(lì)磁涌流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，延誤了送電時(shí)間。后經(jīng)檢查確認(rèn)，將系數(shù)由0.2改為0.15，效果良好，至今未曾出現(xiàn)過(guò)誤動(dòng)情況。

若空載合閘前變壓器故障已經(jīng)存在，合閘后故障相為故障電流，非故障相為勵(lì)磁涌流，此時(shí)差動(dòng)保護(hù)將被閉鎖（任意一相中二次諧波含量大于定值閉鎖保護(hù)出口，待二次諧波衰減至低于定值后解除閉鎖）由于勵(lì)磁涌流衰減很慢，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間可能會(huì)達(dá)幾百毫秒。為了防止這一情況，在空投變壓器之前，必須測(cè)量變壓器高低壓對(duì)地絕緣以及相間絕緣和繞組的直流電阻。此外我廠干式變壓器（包括水島變）還配置有電流速斷保護(hù)與比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)共同作為變壓器主保護(hù)（動(dòng)作值為10IN），當(dāng)變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，不經(jīng)任何閉鎖和延時(shí)直接動(dòng)作，切除故障。

2 結(jié)束語(yǔ)

Sim power system是simulink仿真中一個(gè)具有強(qiáng)大功能的工具箱。文章對(duì)變壓器空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流進(jìn)行仿真分析，得到變壓器勵(lì)磁涌流的波形及諧波特征，為抑制變壓器勵(lì)磁涌流、整定變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)提供了前提基礎(chǔ)，對(duì)今后的工作具有十分重大的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]黃紹平，李永堅(jiān).基于MATLAB的變壓器空載合閘瞬變過(guò)程仿真研究[J].繼電器，2004，32（8）：19-22.

[2]崔芳芳.基于MATLAB的三相變壓器勵(lì)磁涌流仿真分析[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，15（1）：60-64.

[3]尹呼和.繞組失超電阻對(duì)超導(dǎo)變壓器特性影響的研究[D].湖南：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2009.

[4]袁兆強(qiáng)，凌艷.基于MATLAB的變壓器仿真建模及特性分析[J].電力學(xué)報(bào)，2007，22（2）：175-189.endprint

摘 要：對(duì)變壓器空載合閘的電磁瞬變過(guò)程進(jìn)行工程計(jì)算很復(fù)雜。文章利用MATLAB的simulink仿真中的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)（sim power systems），為研究分析肇慶大旺電廠水島變壓器空載合閘瞬變過(guò)程建立了仿真模型，它可以分析該變壓器在空載合閘瞬變過(guò)程中勵(lì)磁涌流、磁通以及諧波的變化情況。并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，對(duì)研究變壓器空載合閘的瞬變過(guò)程有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：水島變壓器；空載合閘；勵(lì)磁涌流；simulink仿真

引言

變壓器空載合閘時(shí)，由于鐵芯飽，勵(lì)磁電流將很大，最嚴(yán)重時(shí)可達(dá)正常勵(lì)磁電流的上百倍（或數(shù)倍的變壓器額定電流）。勵(lì)磁電流的最大值可以達(dá)變壓器額定電流的4-8倍（與變壓器的額定容量有關(guān)），這一遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常勵(lì)磁電流的合閘電流被稱為勵(lì)磁涌流。

勵(lì)磁涌流的大小與合閘時(shí)電壓的相角、變壓器鐵芯剩磁和飽和程度等有關(guān)。另外，在變壓器空載合閘瞬變過(guò)程中，電壓電流的波形也會(huì)畸變，產(chǎn)生諧波。一定的條件下甚至引起電力系統(tǒng)諧振，引起過(guò)電壓。

工程上分析計(jì)算變壓器空載合閘的瞬變過(guò)程非常復(fù)雜，一般要作若干的簡(jiǎn)化，如假定鐵芯不飽和且無(wú)剩磁，忽略一次繞組的電阻等。

文章用MATLAB仿真軟件對(duì)變壓器空載合閘的瞬變過(guò)程進(jìn)行仿真分析，展示分析了其磁通、勵(lì)磁涌流、諧波等物理量，對(duì)工程應(yīng)用提供了便捷有效的手段。

1 三相變壓器模型仿真

1.1 模型及參數(shù)

圖1中部分元件參數(shù)以國(guó)電肇慶大旺電廠為例：電源額定電壓UN=6.3kV，內(nèi)部電抗電阻比設(shè)為7；水島變壓器型號(hào)為SCB10-1600/6.3，參數(shù)：SN=1600KVA，繞組聯(lián)結(jié)方式為Dyn-11，額定電壓為6.3/0.4 kV；增益模塊K1=1/U1Nm，K2=2？仔f/U2Nm（其中U1Nm為一次側(cè)電壓的幅值）。增益模塊用于轉(zhuǎn)換測(cè)量量為標(biāo)幺值。斷路器有一個(gè)控制端接計(jì)時(shí)器，可控制斷路器的分合閘時(shí)間，合閘時(shí)間0.1S，仿真時(shí)間2S。水島變主保護(hù)采用比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)，采用二次諧波制動(dòng)來(lái)躲過(guò)變壓器空載合閘涌流，二次諧波制比為0.2。

1.2 仿真結(jié)果分析

為提高仿真效率，仿真算法選為ode23t，仿真時(shí)間2s。變壓器A相勵(lì)磁電流波形，二次諧波含量標(biāo)幺值波形，變壓器出口三相短路時(shí)的二次諧波與電流波形如圖2-5。

可見(jiàn)，電流涌流波形在合閘瞬間值達(dá)到最大，在時(shí)間軸一側(cè)呈指數(shù)衰減。在一定情況下變壓器空載合閘時(shí)，二次諧波標(biāo)幺值最大值小于0.2，而使勵(lì)磁涌流引起二次諧波制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)（二次諧波制比），而適當(dāng)降低二大次諧波制比，則可有效降低變壓器空投時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的情況。又由仿真圖形可得出，變壓器外部短路時(shí)或其他故障擾動(dòng)時(shí)，電流中可能含有少量二次諧波，甚至大于0.2，若二次諧波制比選取過(guò)低則會(huì)降低內(nèi)部故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度（等待短路電流中二次諧波含量衰減），故而二次諧波制比不能選取過(guò)低，以防故障時(shí)保護(hù)拒動(dòng)，一般0.15-0.2為宜。

國(guó)電大旺電廠就曾出現(xiàn)過(guò)水島變檢修后空載充電時(shí)，連續(xù)兩次勵(lì)磁涌流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，延誤了送電時(shí)間。后經(jīng)檢查確認(rèn)，將系數(shù)由0.2改為0.15，效果良好，至今未曾出現(xiàn)過(guò)誤動(dòng)情況。

若空載合閘前變壓器故障已經(jīng)存在，合閘后故障相為故障電流，非故障相為勵(lì)磁涌流，此時(shí)差動(dòng)保護(hù)將被閉鎖（任意一相中二次諧波含量大于定值閉鎖保護(hù)出口，待二次諧波衰減至低于定值后解除閉鎖）由于勵(lì)磁涌流衰減很慢，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間可能會(huì)達(dá)幾百毫秒。為了防止這一情況，在空投變壓器之前，必須測(cè)量變壓器高低壓對(duì)地絕緣以及相間絕緣和繞組的直流電阻。此外我廠干式變壓器（包括水島變）還配置有電流速斷保護(hù)與比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)共同作為變壓器主保護(hù)（動(dòng)作值為10IN），當(dāng)變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，不經(jīng)任何閉鎖和延時(shí)直接動(dòng)作，切除故障。

2 結(jié)束語(yǔ)

Sim power system是simulink仿真中一個(gè)具有強(qiáng)大功能的工具箱。文章對(duì)變壓器空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流進(jìn)行仿真分析，得到變壓器勵(lì)磁涌流的波形及諧波特征，為抑制變壓器勵(lì)磁涌流、整定變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)提供了前提基礎(chǔ)，對(duì)今后的工作具有十分重大的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]黃紹平，李永堅(jiān).基于MATLAB的變壓器空載合閘瞬變過(guò)程仿真研究[J].繼電器，2004，32（8）：19-22.

[2]崔芳芳.基于MATLAB的三相變壓器勵(lì)磁涌流仿真分析[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，15（1）：60-64.

[3]尹呼和.繞組失超電阻對(duì)超導(dǎo)變壓器特性影響的研究[D].湖南：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2009.

[4]袁兆強(qiáng)，凌艷.基于MATLAB的變壓器仿真建模及特性分析[J].電力學(xué)報(bào)，2007，22（2）：175-189.endprint

摘 要：對(duì)變壓器空載合閘的電磁瞬變過(guò)程進(jìn)行工程計(jì)算很復(fù)雜。文章利用MATLAB的simulink仿真中的電氣系統(tǒng)模塊庫(kù)（sim power systems），為研究分析肇慶大旺電廠水島變壓器空載合閘瞬變過(guò)程建立了仿真模型，它可以分析該變壓器在空載合閘瞬變過(guò)程中勵(lì)磁涌流、磁通以及諧波的變化情況。并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，對(duì)研究變壓器空載合閘的瞬變過(guò)程有一定指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：水島變壓器；空載合閘；勵(lì)磁涌流；simulink仿真

引言

變壓器空載合閘時(shí)，由于鐵芯飽，勵(lì)磁電流將很大，最嚴(yán)重時(shí)可達(dá)正常勵(lì)磁電流的上百倍（或數(shù)倍的變壓器額定電流）。勵(lì)磁電流的最大值可以達(dá)變壓器額定電流的4-8倍（與變壓器的額定容量有關(guān)），這一遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常勵(lì)磁電流的合閘電流被稱為勵(lì)磁涌流。

勵(lì)磁涌流的大小與合閘時(shí)電壓的相角、變壓器鐵芯剩磁和飽和程度等有關(guān)。另外，在變壓器空載合閘瞬變過(guò)程中，電壓電流的波形也會(huì)畸變，產(chǎn)生諧波。一定的條件下甚至引起電力系統(tǒng)諧振，引起過(guò)電壓。

工程上分析計(jì)算變壓器空載合閘的瞬變過(guò)程非常復(fù)雜，一般要作若干的簡(jiǎn)化，如假定鐵芯不飽和且無(wú)剩磁，忽略一次繞組的電阻等。

文章用MATLAB仿真軟件對(duì)變壓器空載合閘的瞬變過(guò)程進(jìn)行仿真分析，展示分析了其磁通、勵(lì)磁涌流、諧波等物理量，對(duì)工程應(yīng)用提供了便捷有效的手段。

1 三相變壓器模型仿真

1.1 模型及參數(shù)

圖1中部分元件參數(shù)以國(guó)電肇慶大旺電廠為例：電源額定電壓UN=6.3kV，內(nèi)部電抗電阻比設(shè)為7；水島變壓器型號(hào)為SCB10-1600/6.3，參數(shù)：SN=1600KVA，繞組聯(lián)結(jié)方式為Dyn-11，額定電壓為6.3/0.4 kV；增益模塊K1=1/U1Nm，K2=2？仔f/U2Nm（其中U1Nm為一次側(cè)電壓的幅值）。增益模塊用于轉(zhuǎn)換測(cè)量量為標(biāo)幺值。斷路器有一個(gè)控制端接計(jì)時(shí)器，可控制斷路器的分合閘時(shí)間，合閘時(shí)間0.1S，仿真時(shí)間2S。水島變主保護(hù)采用比率制動(dòng)差動(dòng)保護(hù)，采用二次諧波制動(dòng)來(lái)躲過(guò)變壓器空載合閘涌流，二次諧波制比為0.2。

1.2 仿真結(jié)果分析

為提高仿真效率，仿真算法選為ode23t，仿真時(shí)間2s。變壓器A相勵(lì)磁電流波形，二次諧波含量標(biāo)幺值波形，變壓器出口三相短路時(shí)的二次諧波與電流波形如圖2-5。

可見(jiàn)，電流涌流波形在合閘瞬間值達(dá)到最大，在時(shí)間軸一側(cè)呈指數(shù)衰減。在一定情況下變壓器空載合閘時(shí)，二次諧波標(biāo)幺值最大值小于0.2，而使勵(lì)磁涌流引起二次諧波制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)（二次諧波制比），而適當(dāng)降低二大次諧波制比，則可有效降低變壓器空投時(shí)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)的情況。又由仿真圖形可得出，變壓器外部短路時(shí)或其他故障擾動(dòng)時(shí)，電流中可能含有少量二次諧波，甚至大于0.2，若二次諧波制比選取過(guò)低則會(huì)降低內(nèi)部故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作速度（等待短路電流中二次諧波含量衰減），故而二次諧波制比不能選取過(guò)低，以防故障時(shí)保護(hù)拒動(dòng)，一般0.15-0.2為宜。

國(guó)電大旺電廠就曾出現(xiàn)過(guò)水島變檢修后空載充電時(shí)，連續(xù)兩次勵(lì)磁涌流引起差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)，延誤了送電時(shí)間。后經(jīng)檢查確認(rèn)，將系數(shù)由0.2改為0.15，效果良好，至今未曾出現(xiàn)過(guò)誤動(dòng)情況。

若空載合閘前變壓器故障已經(jīng)存在，合閘后故障相為故障電流，非故障相為勵(lì)磁涌流，此時(shí)差動(dòng)保護(hù)將被閉鎖（任意一相中二次諧波含量大于定值閉鎖保護(hù)出口，待二次諧波衰減至低于定值后解除閉鎖）由于勵(lì)磁涌流衰減很慢，保護(hù)動(dòng)作時(shí)間可能會(huì)達(dá)幾百毫秒。為了防止這一情況，在空投變壓器之前，必須測(cè)量變壓器高低壓對(duì)地絕緣以及相間絕緣和繞組的直流電阻。此外我廠干式變壓器（包括水島變）還配置有電流速斷保護(hù)與比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)共同作為變壓器主保護(hù)（動(dòng)作值為10IN），當(dāng)變壓器內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，不經(jīng)任何閉鎖和延時(shí)直接動(dòng)作，切除故障。

2 結(jié)束語(yǔ)

Sim power system是simulink仿真中一個(gè)具有強(qiáng)大功能的工具箱。文章對(duì)變壓器空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流進(jìn)行仿真分析，得到變壓器勵(lì)磁涌流的波形及諧波特征，為抑制變壓器勵(lì)磁涌流、整定變壓器的縱差動(dòng)保護(hù)提供了前提基礎(chǔ)，對(duì)今后的工作具有十分重大的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]黃紹平，李永堅(jiān).基于MATLAB的變壓器空載合閘瞬變過(guò)程仿真研究[J].繼電器，2004，32（8）：19-22.

[2]崔芳芳.基于MATLAB的三相變壓器勵(lì)磁涌流仿真分析[J].安徽電氣工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，15（1）：60-64.

[3]尹呼和.繞組失超電阻對(duì)超導(dǎo)變壓器特性影響的研究[D].湖南：長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2009.

[4]袁兆強(qiáng)，凌艷.基于MATLAB的變壓器仿真建模及特性分析[J].電力學(xué)報(bào)，2007，22（2）：175-189.endprint