變壓器勵磁涌流分析與仿真

胡海濤

【摘 要】針對目前的電力系統(tǒng)繼電保護裝置無法很好地解決勵磁涌流對變壓器縱聯(lián)差動保護的影響，本文通過對變壓器空載投入時產(chǎn)生勵磁涌流的現(xiàn)象進行分析和仿真。通過仿真軟件分析勵磁涌流的產(chǎn)生條件和對電網(wǎng)的影響，比較在不同的條件下勵磁涌流的變化情況。為變壓器縱聯(lián)差動保護的進一步發(fā)展具有實際意義。

【關(guān)鍵詞】繼電保護；變壓器；勵磁涌流；MATLAB

中圖分類號： TM407 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）15-0113-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.15.050

Analysis and Simulation of Transformer Inrush Current

HU Hai-tao

（Anhui University Of Science And Technology，Huainan Anhui 232000）

【Abstract】In view of the current power system relay protection device can not solve the effect of inrush current on transformer longitudinal differential protection，this paper analyzes and simulate the phenomenon of inrush current when the transformer is unloaded. Simulation software is used to analyze the excitation inrush current and the influence on the power grid，and compare the variation of magnetizing inrush current under different conditions.It has practical significance for further development of transformer longitudinal differential protection.

【Key words】Relay protection；Transformer；Magnetizing inrush current；MATLAB

0 緒論

變壓器是電力系統(tǒng)重要的設(shè)備之一，其主要要由鐵芯和貼心上纏繞的兩個或兩個以上的絕緣繞組構(gòu)成。當變壓器發(fā)生故障時，陡增的電流會影響變壓器的正常工作甚至燒毀變壓器，為確保變壓器的安全運行，需要在變壓器裝設(shè)繼電保護裝置。在實際的電力系統(tǒng)中，大容量變壓器均需要裝設(shè)縱聯(lián)差動保護裝置，其通過比較變壓器兩側(cè)的電氣量，判斷故障發(fā)生位置和故障類型。而當變壓器空載投入電網(wǎng)時，由于變壓器的鐵芯飽和作用，產(chǎn)生幅值很大的勵磁涌流，導(dǎo)致繼電保護設(shè)備錯誤的將正常運行工況判斷為故障，引發(fā)停電事故。

本文通過MATLAB仿真軟件對變壓器勵磁涌流的產(chǎn)生機理和對電網(wǎng)的影響進行分析。

1 勵磁涌流的產(chǎn)生過程

1.1 勵磁涌流產(chǎn)生的原因

變壓器中勵磁涌流的產(chǎn)生主要受變壓器內(nèi)部的勵磁電壓影響。當系統(tǒng)電壓發(fā)生變化時，變壓器勵磁電壓隨之發(fā)生變化，同時在變壓器線圈上感應(yīng)出勵磁電流，即勵磁涌流。根據(jù)系統(tǒng)的運行情況一般可以將勵磁涌流分為勵磁起始涌流、電壓恢復(fù)涌流和共振涌流三大類。

1.2 勵磁涌流的數(shù)學(xué)模型

單相變壓器為例，忽略合閘回路的阻抗，變壓器空載投入瞬間其鐵芯中磁通與外加電壓的關(guān)系為：

2 變壓器勵磁涌流的仿真

2.1 仿真模型的建立

在Simulink環(huán)境中搭建的電力系統(tǒng)模型如圖1所示。

2.2 三相變壓器空載投入的仿真

將斷路器QF1合閘時間設(shè)定為0s，合閘角度為0°，QF2和Fault1、Fault2不動作，仿真時間0.5s，仿真算法為Ode23t，Continues模式。變壓器空載投入仿真只需要仿真模型的左半部分即變壓器的一次側(cè)部分，將QF2和Fault1、2模塊設(shè)置成離線模式即可。仿真得出變壓器空載投入時變壓器一次側(cè)勵磁涌流如圖2所示。

3 避免勵磁涌流影響的方法

3.1 空載投入變壓器時繼電保護裝置暫時退出保護

雖然這種方法可以有效地解決勵磁涌流對繼電保護裝置的影響，但是在保護裝置退出的時間內(nèi)，變壓器處于無保護的狀態(tài)，若此時變壓器發(fā)生故障，沒有保護裝置對其進行切除，嚴重情況下會燒毀變壓器。

3.2 繼電保護裝置延時動作

即檢測裝置在檢測到差動電流時不立即動作，而是采取延時動作。這種方法利用了勵磁涌流瞬時大電流的特性，但即使延時很短暫，對電網(wǎng)中的部分器件的損傷同樣十分嚴重。

3.3 識別勵磁涌流

由于變壓器勵磁涌流屬于正常工況下的電流，所以必須鑒別出勵磁涌流才能避免其誘發(fā)變壓器保護動作。通過二次諧波和間斷角對采樣值進行分析可以識別出采樣信號是勵磁涌流或是故障電流，雖然近年來被廣泛采用，并出現(xiàn)了波形對稱分析、波形相關(guān)性分析、波形疊加法、波形擬合法等新的識別方法，但由于每次涌流的特性不完全一致，在識別準確性和識別效率上仍然有很大的提升空間。

4 結(jié)束語

本文首先通過數(shù)學(xué)模型分析了勵磁涌流的產(chǎn)生機理，并基于MATLAB仿真軟件實現(xiàn)了勵磁涌流產(chǎn)生過程的仿真，論述了變壓器在空載投入時產(chǎn)生勵磁涌流的一般性過程。通過結(jié)合實際電力系統(tǒng)繼電保護現(xiàn)狀提出了解決電力系統(tǒng)中勵磁涌流對繼保設(shè)備影響的方法。對繼電保護的發(fā)展具有重要的知道意義。

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