基于PSCAD的單相變壓器內(nèi)部接地故障仿真

夏明

摘 要：建立單相變壓器的仿真模型，應(yīng)用仿真軟件（PSCAD）對(duì)單相變壓器內(nèi)部接地故障進(jìn)行仿真，并簡(jiǎn)單地介紹了仿真模型，分析了仿真結(jié)果，以期為日后的相關(guān)工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：仿真軟件；變壓器；內(nèi)部故障；仿真結(jié)果

中圖分類號(hào)：TM743 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.076

變壓器作為電力系統(tǒng)輸配電環(huán)節(jié)中的重要電氣設(shè)備之一，其安全、穩(wěn)定的運(yùn)行對(duì)電力系統(tǒng)有非常重要的影響。為了確保變壓器能夠安全可靠運(yùn)行，需要對(duì)變壓器進(jìn)行仿真研究。本文主要探討了如何使用仿真軟件（PSCAD）對(duì)單相變壓器內(nèi)部接地故障進(jìn)行仿真分析，并通過仿真研究進(jìn)行相關(guān)結(jié)果分析。

1 仿真軟件

在對(duì)變壓器內(nèi)部故障進(jìn)行仿真時(shí)，采用的是仿真軟件——PSCAD。PSCAD（Power System Computer Aided Design）程序是由曼尼托巴高壓直流輸電研究中心（Manitoba HVDC Research Center）開發(fā)的，其最主要的功能是對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)域和頻域的仿真。另外，利用它還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)交流系統(tǒng)的諧波研究、暫態(tài)扭矩的分析、直流系統(tǒng)的啟動(dòng)、直流系統(tǒng)換相方法研究、串聯(lián)或并聯(lián)的多端輸電系統(tǒng)的電磁暫態(tài)仿真和同桿架設(shè)的交直流電路的相互影響等。對(duì)于仿真軟件，最典型的應(yīng)用就是當(dāng)計(jì)算電力系統(tǒng)遭受擾動(dòng)或參數(shù)變化時(shí)，參數(shù)會(huì)隨著時(shí)間而變化。此外，PSCAD軟件還被廣泛應(yīng)用于高壓直流輸電、FACTS控制器的設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)諧波分析和電力電子領(lǐng)域的仿真計(jì)算等方面。應(yīng)用PSCAD軟件對(duì)變壓器內(nèi)部故障進(jìn)行仿真分析可以得出較為標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果。

2 仿真模型和相關(guān)說明

所用單相變壓器銘牌參數(shù)如下：DMB-10型單相變壓器，容量為10 kVA，低壓側(cè)額定電壓為380 V，高壓側(cè)額定電壓為1 000 V，低壓側(cè)額定電流為25.3 A，高壓側(cè)額定電流為10 A，空載電流為1.45%，空載損耗為100 W，短路損耗為350 W，短路電壓為9%～15%，一、二次側(cè)繞組（歸算到一次側(cè)）總電感為0.003 8 H，總電阻為0.166 10 Ω。

結(jié)合等效電路圖和相關(guān)參數(shù)，在PSCAD中搭建出此實(shí)驗(yàn)變壓器的仿真模型，如圖1所示。

下面簡(jiǎn)要說明仿真模型中各元件的作用：I1，V1為測(cè)量原邊的電流、電壓；I2，V2為測(cè)量副邊的電流、電壓；BRK為開關(guān)K，初始狀態(tài)斷開，控制接地故障的模擬。

在該電路模型中，各電氣元件的參數(shù)設(shè)置如下：電源通交流電，輸出電壓為1 kV，頻率為50 Hz，內(nèi)阻感性為0.01H。

對(duì)于變壓器，故障點(diǎn)原邊取在76%抽頭處，副邊取在50%處，即其變比分別為0.76∶0.19和0.24∶0.19，頻率為50 Hz。在負(fù)載方面，其電阻為0.166 10 Ω，電感為0.003 8 H。

對(duì)于比較關(guān)鍵的開關(guān)動(dòng)作，開關(guān)BRK動(dòng)作2次，第一次動(dòng)作時(shí)間0.2 s，第二次動(dòng)作時(shí)間0.6 s。

3 變壓器內(nèi)部接地故障仿真結(jié)果分析

在此需要先說明的是，動(dòng)作2次的開關(guān)分別代表了故障的產(chǎn)生和消除。其產(chǎn)生故障的時(shí)間為0.2 s，故障消除的時(shí)間為0.6 s。

分析相關(guān)波形圖發(fā)現(xiàn)，原邊發(fā)生接地故障后，測(cè)量原邊的電壓表V1沒有變化，因?yàn)槠渌鶞y(cè)量的一直為電源電壓；副邊電壓V2在故障前后發(fā)生了變化，在故障過程中電壓值明顯增大。因?yàn)樵叢糠掷@組發(fā)生了接地故障，故障點(diǎn)之下的繞組部分被短路，相當(dāng)于新產(chǎn)生了1臺(tái)變壓器，其變比與原來的變壓器相比要小，這與發(fā)生故障的位置是有關(guān)系的。因此，由V1∶V2=N1∶N2可知，在V1不變的情況下，N1∶N2在減小，V2則必然會(huì)增大。由此可見，理論結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。再分析原邊電流I1和副邊電流I2的變化情況。當(dāng)原邊發(fā)生接地故障后，I1和I2在短時(shí)間內(nèi)增長(zhǎng)到了很大的數(shù)值，之后在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到了穩(wěn)定的狀態(tài)，呈正弦波狀態(tài)。因?yàn)樽儽仍谧兓?，由I1∶I2=N2∶N1可知，隨著N2∶N1的增大，I2會(huì)隨著I1的變化而變化。由此可見，理論結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相吻合。

4 結(jié)論

本文主要應(yīng)用仿真軟件（PSCAD）對(duì)變壓器內(nèi)部接地故障進(jìn)行仿真分析，并將試驗(yàn)的波形與理論分析進(jìn)行對(duì)比，從而得出正確的結(jié)論。通過對(duì)變壓器模型構(gòu)造的了解，學(xué)習(xí)多種構(gòu)建變壓器內(nèi)部故障模型的方法，可以加深對(duì)變壓器工作原理和故障情況的理解。應(yīng)用PSCAD仿真變壓器的內(nèi)部故障，對(duì)變壓器的保護(hù)研究工作有很大的幫助。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：白潔〕