柴勇權(quán)

摘 要：對變壓器空載合閘的電磁瞬變過程進(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（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程中勵(lì)磁涌流、磁通以及諧波的變化情況。并對仿真結(jié)果進(jìn)行簡要分析，對研究變壓器空載合閘的瞬變過程有一定指導(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程中，電壓電流的波形也會畸變，產(chǎn)生諧波。一定的條件下甚至引起電力系統(tǒng)諧振，引起過電壓。

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

文章用MATLAB仿真軟件對變壓器空載合閘的瞬變過程進(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)采用比率制動差動保護(hù)，采用二次諧波制動來躲過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，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式差動保護(hù)誤動（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)差動保護(hù)誤動的情況。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低則會降低內(nèi)部故障時(shí)差動保護(hù)的動作速度（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低，以防故障時(shí)保護(hù)拒動，一般0.15-0.2為宜。

國電大旺電廠就曾出現(xiàn)過水島變檢修后空載充電時(shí)，連續(xù)兩次勵(lì)磁涌流引起差動保護(hù)誤動，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)過誤動情況。

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)動作時(shí)間可能會達(dá)幾百毫秒。為了防止這一情況，在空投變壓器之前，必須測量變壓器高低壓對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)與比率制動式差動保護(hù)共同作為變壓器主保護(hù)（動作值為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)直接動作，切除故障。

2 結(jié)束語

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保護(hù)提供了前提基礎(chǔ)，對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.繞組失超電阻對超導(dǎo)變壓器特性影響的研究[D].湖南：長沙理工大學(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：對變壓器空載合閘的電磁瞬變過程進(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（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程中勵(lì)磁涌流、磁通以及諧波的變化情況。并對仿真結(jié)果進(jìn)行簡要分析，對研究變壓器空載合閘的瞬變過程有一定指導(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程中，電壓電流的波形也會畸變，產(chǎn)生諧波。一定的條件下甚至引起電力系統(tǒng)諧振，引起過電壓。

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

文章用MATLAB仿真軟件對變壓器空載合閘的瞬變過程進(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)采用比率制動差動保護(hù)，采用二次諧波制動來躲過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，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式差動保護(hù)誤動（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)差動保護(hù)誤動的情況。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低則會降低內(nèi)部故障時(shí)差動保護(hù)的動作速度（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低，以防故障時(shí)保護(hù)拒動，一般0.15-0.2為宜。

國電大旺電廠就曾出現(xiàn)過水島變檢修后空載充電時(shí)，連續(xù)兩次勵(lì)磁涌流引起差動保護(hù)誤動，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)過誤動情況。

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)動作時(shí)間可能會達(dá)幾百毫秒。為了防止這一情況，在空投變壓器之前，必須測量變壓器高低壓對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)與比率制動式差動保護(hù)共同作為變壓器主保護(hù)（動作值為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)直接動作，切除故障。

2 結(jié)束語

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保護(hù)提供了前提基礎(chǔ)，對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.繞組失超電阻對超導(dǎo)變壓器特性影響的研究[D].湖南：長沙理工大學(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：對變壓器空載合閘的電磁瞬變過程進(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（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程中勵(lì)磁涌流、磁通以及諧波的變化情況。并對仿真結(jié)果進(jìn)行簡要分析，對研究變壓器空載合閘的瞬變過程有一定指導(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程中，電壓電流的波形也會畸變，產(chǎn)生諧波。一定的條件下甚至引起電力系統(tǒng)諧振，引起過電壓。

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

文章用MATLAB仿真軟件對變壓器空載合閘的瞬變過程進(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)采用比率制動差動保護(hù)，采用二次諧波制動來躲過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，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式差動保護(hù)誤動（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)差動保護(hù)誤動的情況。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低則會降低內(nèi)部故障時(shí)差動保護(hù)的動作速度（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低，以防故障時(shí)保護(hù)拒動，一般0.15-0.2為宜。

國電大旺電廠就曾出現(xiàn)過水島變檢修后空載充電時(shí)，連續(xù)兩次勵(lì)磁涌流引起差動保護(hù)誤動，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)過誤動情況。

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)動作時(shí)間可能會達(dá)幾百毫秒。為了防止這一情況，在空投變壓器之前，必須測量變壓器高低壓對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)與比率制動式差動保護(hù)共同作為變壓器主保護(hù)（動作值為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)直接動作，切除故障。

2 結(jié)束語

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保護(hù)提供了前提基礎(chǔ)，對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.繞組失超電阻對超導(dǎo)變壓器特性影響的研究[D].湖南：長沙理工大學(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