基于Matlab电力变压器励磁涌流的分析和仿真
基于Matlab电力变压器励磁涌流的分析和仿真
宁德师范学院
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1 变压器空载合闸励磁涌流产生机理 (1)
1.1 变压器励磁涌流的定义 (1)
1.2 变压器励磁涌流产生的原因 (1)
2 变压器空载合闸物理过程分析 (1)
2.1 单相变压器的涌流分析 (1)
2.2 三相变压器的涌流分析 (4)
2.3 励磁涌流的影响及抑制措
施 (5)
3 变压器励磁涌流的仿真 (5)
3.1 变压器仿真模型构建 (5)
3.3 励磁涌流仿真结果的分析 (6)
3.4 励磁涌流与短路电流比较 (8)
4 结束语........................................................................................................................ (8)
参考文献........................................................................................................................ (9)
基于Matlab的三相变压器励磁涌流仿真分析
摘要：阐述了变压器空载合闸时励磁涌流产生的机理，在单相变压器空载合闸的理论基础上，运用Matlab电气系统模块库构建仿真模型，对三相双绕组变压器空载合闸的过程进行仿真及分析。对不同状态下的励磁涌流做进一步分析，分析结果和理论分析相吻合，验证了仿真的有效性。
关键词：变压器；Matlab；励磁涌流
1 变压器空载合闸励磁涌流产生机理
1.1 变压器励磁涌流的定义
通常在正常运行的变压器中的励磁电流非常小，大约仅有额定电流的3%~8%，而大型电力变压器的励磁
[1]涌流还不足额定电流的1%，如此小的励磁涌流并不足以破坏电力系统的稳定性。因为变压器本身的铁芯材
料呈非线性特性，并附带磁通饱和特性，导致在空载合闸的瞬间，会产生很大的冲击电流，该值可达额定电
[2]流的3~4倍，是正常空载运行电流的几十倍甚至百倍以上。
1.2 变压器励磁涌流产生的原因
对变压器的进行空载合闸操作有两种，即：（1）电力变压器的空载投入电网运行；（2）电网发生故障要
[3]切除变压器，待故障排除后变压器的再次投入。如图1所示，是变压器铁芯近似磁化特性曲线。从图中可
以看出，饱和曲线的延长线与坐标纵轴相交于点S，把S点的饱和磁通量定义为?s。在正常运行状态下，饱和磁通介于0~?s之间变化，励磁阻抗很大，一般以变压器额定电压和电流为基准的励磁阻抗Zm?100，故变压器的励磁涌流i?很小，可近似为零；但是，当变压器空载投入时，变压器铁芯磁通量大于?s时，达到瞬变磁通?x，由下图可以看出，变压器励磁涌流i?沿着磁化特性曲线将迅速增大。它的大小与变压器等值阻抗、合闸初相角、变压器铁芯剩磁大小、变压器绕组接线方式、变压器铁芯的材质及结构等诸多因素有关。
图1 变压器铁芯磁化曲线
2 变压器空载合闸物理过程分析
2.1 单相变压器的涌流分析
电力系统中的变压器中主要是三相变压器，但分析三相变压器的励磁涌流可以在分析单相变压器励磁涌流的基础上进行。图2是变压器接线图，二次侧开路、一次侧在t?0时刻合闸到电压为u1
的电网上，其中：u11sin(?t??)
1
式中?为变压器的合闸初始相位角。
图2 空载合闸到电网接线图
在t?0期间，变压器一次侧绕组中电流i1满足如下微分方程式：
d??i1r11sin??t??? （1）dt
其中，?是与一次侧绕组相交链的总磁通，它包括主磁通和漏磁通。由于现代变压器电阻非常小，在上
N1式中电阻压降i1r1较小，所以在分析瞬变过程中的初始阶段暂不考虑，这样可以更清楚的看出在初始阶段电流较大的物理本质。r1存在是使瞬态分量衰减的基本原因，因此，在研究瞬态电流衰减时，必须计算及r1的影响。
当忽略r1时，式（1）变为：
N1d??1sin??t??? （2）dt
os?(t???)C （3）1解微分方程得：??其中，C由初始条件决定。
考虑到变压器空载合闸前磁链为0，根据磁链守恒原理，有：
?|t?0???|t?0??0
得：
C?
于是式（3）变为：
????cos(?t??)]??m[cos??cos(?t??)] （4）
1
?m?1 ?N11cos? ?N1
式中?m为稳态磁通最大值。
从式（4）可以看出，磁通?的瞬变过程与合闸时刻（t?0）电压的初始相角?有关。下面讨论两种特殊情况。
?时合闸（即u11时合闸）。由式（4）可得：2
? ????mcos(?t?)??msin?t
（5）2（1）在电压初相角??
2
这和稳态的运行情况相同，从t?0开始，变压器一次侧电流i1在铁芯中就建立了稳态磁通?msin?t，而不发生瞬变过程，一次侧电流i1也是正常运行时的稳态空载电流i0。
（2）在电压初相角??0合闸（即u1?0时合闸）。由式（4）可得：
????mcos?t??m??'??" （6）'"其中，???m为磁通的瞬时分量，是一个常数，因忽略了电阻r1，故无衰减；????mcos?t为磁通
的稳态分量。
与式（5）、（6）对应的磁通变化曲线如图3、图4所示。从t?0开始经过半个周期即t?
到最大值：?时，磁通?达?
?max?2?m
即瞬变过程中磁通可达到稳态分量最大值的2倍，此时的瞬变过程最为强烈，是最不利的合闸情况。
??
图3 ?? ?空载合闸时磁通曲线图4 ??0空载合闸时磁通曲线 2
还有一种情况是：在研究瞬态电流衰减时，由于有电阻r1存在，合闸电流将逐渐衰减。衰减快慢由时间
L1决定，L1是一次侧绕组的全电感。一般容量较小的变压器衰减的速度快，约几个周波就达到稳r1
[4]定状态；大型变压器则衰减的比较慢，甚至要持续几十秒才达到稳定。
有必要对励磁涌流的间断角进行分析，图5是图解法描绘的变压器励磁涌流波形。当变压器正常运行时常数T?对应图b的0~?1和?2~2?这两段，当变压器铁芯饱和时，励磁电流急剧增加，如图?1~?2段所示。此时可以看出，励磁电流在一个周期出现了间断，设间断角为?j，则有：?j??1?(2???2) （7）令式（6）中???t??，且当???1，???2时，均有???s，代入式（6）中，得：
?1?Arccos(
且有?1??2?2?
将式（8）代入式（7）得:
3
?mcos???s) （8）?m
?j?2?1?2Arccos(?mcos???s) （9）?m
实际上，间断角大小与变压器饱和程度有关，铁芯越饱和，励磁涌流的尖顶特性越明显。而变压器铁芯的饱和程度又与变压器的剩磁，合闸相角等有关。发生正向饱和时，正向剩磁越大，当合闸相角接近0°时饱和最为严重，间断角越小。同理可得，反向饱和时，反向剩磁越大，饱和最严重发生在合闸角为180°，
[5]此时间断角最小。
ΦΦ1(a) 变压器铁芯磁化曲线(b)励磁涌流波形
图5 变压器励磁涌流图
综上分析可得，单相变压器励磁涌流的特征有这几点：
（1）变压器空载合闸励磁涌流的波形之间有间断角。
（2）包含大量的高次谐波，其中主要以二次谐波为主。
[6]（3）包含大量的非周期分量，使涌流偏于时间轴的一侧。
必须注意的是，以上的分析将变压器铁芯励磁特性作了线性化的简便处理，从而忽略了非线性、磁滞特性、局部磁滞回线等，从而使复杂的非线性问题简单化。事实上，变压器铁芯饱和后的励磁电感并非常数，它随着饱和程度的加深而逐渐变小，由此可知实际的励磁涌流波形呈现的是尖
顶波。以下对三相变压器励磁涌流的分析也作了类似简化。
2.2 三相变压器的涌流分析
三相变压器的励磁涌流同样的与电力系统电压大小与合闸初相角、剩磁大小与方向、铁芯材料等因素关系密切。但因为其磁路的特殊结构，不同的接线组别等各方面特定因素，导致在分析时相比单相变压器来说要复杂不少。但它有个明显的特点，即无论空载合闸的初相角或大或小，必定都会有励磁涌流产生。理由是三相变压器的磁通都分别滞后三相外加电压90°，即三相的合闸角度互相差120°，故不能使三相变压器铁
[7]芯中的暂态磁通全为零。
三相变压器的绕组连接方式和磁路结构有许多种，对励磁涌流的大小和波形有一定影响。大型变压器一般是由三个单相变压器组成的变压器组，由于三个铁芯的磁路各自完全独立，所以对单相变压器的分析方法同样适合于三相变压器。
最为常见的变压器接线方式为Y/?接法，当Y侧空载合闸时，变压器
一次侧产生的励磁涌流ia，ib，ic。变压器差动保护的二次电流相位调整通常采用星形向三角形变换来调整差流平衡，这样一来。电流互感器二次侧流入差动保护的电流实际上是变压器一次侧的两相电流之差，如下图所示：ijA?ia?ib ijB?ib?ic ijC?ic?ia
4
h1
图6 YN，d接线三相变压器接线图
因此，要分析的励磁涌流实际上是变压器一次侧两相涌流的差值。因
为这个特殊的关系，三相变压器励磁涌流在合闸初相角为±30°时，幅值才会出现最大值。一次侧三相电流中两相涌流的方向相同且直流分量相差不大时，二次侧涌流中就会有一相涌流的直流分量很小，甚至为零，波形特征体现在该相涌流对称于时间轴，称为对称涌流。对称涌流是由剩磁方向相同的两相涌流相减产生的的电流。与之相对应的直流分量较大的涌流称为非对称涌流。而它的来源是剩磁方向相反的两相涌流相减生成的。
大量的分析研究表明，三相变压器的空载合闸励磁涌流特点归纳如下：（1）波形肯定存在间断角。不论是单侧性或是周期性涌流的波形都
含有不同程度的间断角，周期性涌流的间断角较小。
（2）三相变压器励磁涌流同样包含较大的二次谐波分量，其含量与
饱和磁通和合闸角直接关联。
（3）由于三相电压之间存在120°的相位差，因此导致三相励磁电流不相同。任何情况下的空载合闸，
[8]至少有两相会出现不同程度的励磁涌流。
2.3 励磁涌流的影响及抑制措施
变压器在空载合闸或切除外部故障切除后重新投入供电时，虽说对变压器直接危害不大，但是流经变压器的电流、电压波形产生严重畸变，并让安装在变压器一次侧的过电流保护继电器动作，导致变压器合不上闸，如遇到这种情况可以再合闸一次，可以进行多次尝试，总能在恰当的时刻合闸成功。
除此之外，过大的励磁涌流还带有大量的二次谐波，严重破坏了电网的电能质量，由于电力电子器件敏感性较强，谐波分量很可能严重破坏电
力电子器件，造成电力电子器件失控或损坏，而且还会产生谐振过电压，使连在变压器附近的电气设备无法正常工作。传统的抑制方法是保护装置采用谐波制动、放大动作电流定值等方法躲过励磁涌流，可是还没解决根本本矛盾。目前主要有两种抑制励磁涌流的方法，一是通过变压器外部控制削减励磁涌流。二是通过内部控制，即通过改变变压器的内部结构达到削弱励磁涌流的目的。这些方法的实现方式分别如下：
（1）并联合闸电阻，通过合闸电阻承受冲击电流，在冲击电流衰减到一定范围后再切除合闸电阻。
（2）内插电阻法，在三相变压器的中性点处联接一个接地电阻，以承受这种不平衡电流，从而使得变压器的励磁涌流得以衰减。
（3）变压器选相分合闸技术，利用电压与磁通的相位关系，通过控制开关合闸时间来达到抑制励磁涌流的目的。
（4）改变变压器绕组的分布，通过改变变压器的结构增加暂态等效电感来抑制励磁涌流。由于需要改变变压器的结构，它的发展受到一定限制。
[9]（5）变压器低压侧并联电容器，这种方法通过抑制变压器磁通达到饱和从而抑制了励磁涌流。
3 变压器励磁涌流的仿真
3.1 变压器仿真模型构建
如图7所示，是双侧电源双绕组的变压器的电力系统。
5
图7 双侧电源的双绕组变压器电力系统
图8 Simulink仿真模型
根据需要的从Matlab电力系统工具箱中提取相关元件建立仿真模型，对变压器进行仿真，图8就是对应的Simulink仿真模型。对仿真模型进行简化分析，故设置变压器两侧接线方式和电压等级均一致，并令模型中的变压器铁芯饱和。其他参数的设置如表1所示。
表1 仿真模型相关参数项目参数设定
35kV 电压源额定电压
变压器类型三相双绕组
50MVA 变压器额定容量
35kV 变压器额定电压
0.002 一次侧和二次侧绕组电阻标么值
0.08 一次侧和二次侧绕组漏电感标么值
500 励磁电阻标么值
仿真模型中的UM和UN模块所起到的作用相当于电压互感器和电流互感器，用来采集电压、电流信号并转化成分析所需要的simulink信号。断路器QF1和QF2用于控制变压器的空载合闸，其中QF1动作时间设定为0，要消除故障点和QF2在模型中的作用，只要把动作时间设定的比仿真运行时间长即可。
[10]
为了观察励磁涌流的波形，可以通过示波器模块，如图9所示。
图9 示波器模块
3.3 励磁涌流仿真结果的分析
根据需要建立仿真模型，把变压器设定为Y/Y连接，合闸初相角设定为0°，仿真时间设为0.45s，运行仿真，得到的涌流波形如图10所示。
6
下面是把三相变压器接线改为Yn/d11连接，合闸初相角和其他参数均不变，重新运行仿真，得到图11的励磁涌流波形。
图11 Yn/d11接法的三相变压器励磁涌流
由波形图可以看出励磁涌流都不可避免的产生了间断角，间断角和励磁涌流的二次谐波有关系，间断角越大，二次谐波涌流就越大。包含有很大成分的非周期分量，导致涌流偏于时间轴的一侧，也可以很明显的发现三相变压器的接法对励磁涌流影响甚大，就Ia来说，涌流的最大值都相差了将近2倍，，并且不论是哪一相，Y/Y接法涌流的衰减速度明显快于Yn/d11接法。
下面采用FFT Analysis（快速傅立叶分析）对变压器的涌流进行分析。接线仍为Yn/d11连接，更改变压
7
器A相空载合闸的初相角，得到如表2所示的分析表。
表2 不同合闸初相角下的励磁涌流谐波分析表合闸初相角励磁涌
流(%) 直流(DC) 基波(Fund) 三次谐波(h3) 四次谐波(h4) 五次谐波(h5) A相100 6.04 5.41 3.43
0°B相100 7.16 8.82
C相100 12.01 8.52
A相100 7.51 8.58
60°B相100 11.06 8.03
C相100 5.40 5.64 3.35
A相100 11.03 23.11 7.84
120°B相100 4.89 5.86 3.30
C相100 7.26 23.08 8.27
A相100 4.77 5.89 3.32
180°B相100 7.26 7.97
C相100 12.02 7.79
63.29 57.81 54.84 57.49 55.41 63.49 55.19 63.64 57.79 63.68 58.44 54.43
二次谐波(h2) 45.48 50.65 55.49 51.00 53.96 44.88 54.25 44.42 50.24 44.29 48.84 55.72
23.35 23.51 23.36 23.26
22.77 23.13
从表2可以看出，不论哪一相的励磁涌流谐波含量都很大，并且以二次谐波为主。涌流包含很大的直流分量，但这不能证明在其他初始条件下也是如此。
3.4 励磁涌流与短路电流比较
设置故障模块1，使变压器空载合闸后在0.2s~0.3s发生三相短路故障，三相变压器为Y/Y型连接，合闸初相角角为0°，其他参数不变。运行仿真得到的波形如图12所示。
图12 励磁涌流和短路电流的区别
通过对比可以很容易的区别二者，A相励磁涌流峰值比短路电流小，B、
C两相的励磁涌流峰值比短路电流大，短路电流的衰减速度也比励磁涌流的衰减速度快。 4 结束语
在对空载合闸励磁涌流的理论分析的基础上，合理利用Matlab软件进行仿真使得分析过程变得比较简单方便，同时，得益于Matlab软件功能比较丰富，还可以对励磁涌流进行FFT分析，并且可以将励磁涌流和短路电流相比较，可以很直观的在波形上就看出二者的区别，从而避免了某些情况下对电网的错误操作。尤
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其是在变压器保护这一方面提供了很大的帮助，是一种不错的分析手段。
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清除故障信号，按键后，如有故障，会出现最多8条故障通道。第一个故障总是在第一行，接着发生的故障，以故障编号升叙排列。使用滚动键可显示更多的故障。 确认故障信号。所有报告通道都储存在控制板内，此外，特殊警告通道储存在处理器里。要清除这些通道，可较长时间按下复位键。没有活动的警报，键上的灯熄灭。 ↓# 光标键，可选择显示屏1 –8行或1 – 4行中的某一行。当前行突出显示。 ↓↑滚动键，在模拟信号显示中按动时，信号道（反差显示）及模拟值改变。 ↑↑↓↓翻页键，按动时，信道号每次改变10行，故障号每次改变6行。 打印键，按动可打印1 – 8 行的模拟值。黄色指示灯只 （无打印机） 指令键：励磁断路器接通 指令键：励磁断路器关闭 指令键：启励
浅谈继电保护误动故障案例分析与处理
浅谈继电保护误动故障案例分析与处理 发表时间：2017-01-13T15:25:25.910Z 来源：《电力设备》2016年第23期作者：李可民刘君齐国昌万志祥[导读] 文章通过对一起10kV供电线路送电不成功的原因查找，分析了三段式馈线保护在10kV供电系统中的配置情况。 （国网安徽阜阳供电公司安徽阜阳 236000） 摘要：文章通过对一起10kV供电线路送电不成功的原因查找，分析了三段式馈线保护在10kV供电系统中的配置情况，根据存在的问题提出了解决办法。 关键词：继电保护；误动；分析处理 1 故障现象及经过 某公司35kV变电站是2012年7月才投入运行的一座新变电站，采用一台主变单母线不分段运行方式，该站共有5条10kV出线，总负荷约为3200kW，馈线保护装置选用了THL-302A型数字线路保护测控装置。2012年11月10日07：20，10kV南二区624线路过流一段保护动作跳闸，运行人员对开关、断路器和保护装置进行检查均正常，对线路进行巡查，最终确定了故障为线路落鸟造成相间短路，故障点找到且已排除，09：02对线路试送电，试送不成功。保护动作数据如表1，波形如图1所示。 10kV架空线路常见故障有单相接地、两相和三相短路等故障。该线路所投过流I段、II段保护可以保护线路相间短路故障，绝缘监察配合系统专门配置的小电流接地选线装置可判定单相接地故障，所以南二区624回路所配保护种类基本合理，能够满足线路出现的各种故障对于继电保护的需求。 上面的分析表明继电保护配置能够满足线路故障的需求，下面对继电保护的整定计算进行检查分析：空载变压器投入送电时会出现很高的励磁涌流，其幅值可以达到变压器额定电流的6～8倍同时含有大量的非周期分量和高次谐波分量，对于线路接带的多台变压器，每台变压器的励磁涌流对于整条线路的影响会因安装位置和距离电源侧的长度有所不同，南二区线路总长15.3km，线路中后段安装的变压器对整条线路的启动电流影响较小，根据以往的经验线路的送电冲击电流按照所有变压器额定电流的3倍计算，即：I=3×2480/10/1.732≈429.6A，折算到二次侧i=429.6/40≈10.7A。实际动作值为8.45A，与计算结果基本相符，而设定的保护定值为6.8A，无法躲过送电瞬间的变压器励磁涌流。从录波图上也能看到，送电过程中三相电压波形无明显变化，A、C相电流波形正常无畸变，说明线路无故障，送电不成功的原因就是过流一段的保护定值设定较小造成的，这是一起典型的继电保护误动故障。这样，我们只需根据计算结果对保护定值进行适当的修改或者减少变压器同时送电启动的台数即可。 3 改进措施 （1）根据线路负荷的特点，采用分片分级的送电方式，减少变压器同时送电的台数，降低送电时变压器的励磁涌流，以躲过保护定值偏小的问题，这样不需要调整保护定值，只是线路送电时繁琐一些。 （2）根据计算的结果，对保护定值按照表3进行调整。 表3中过流一段为零时限速断，按照躲过变压器的励磁涌流同时能够保护线路末端三相短路进行整定，过流二段为限时速断，按照能够保护最小运行方式下线路末端两相短路进行整定，时限按照躲过变压器的励磁涌流时间进行整定，一般的中小型变压器两个周波后励磁涌流即可恢复到正常值，所以过流二段的时限按照0.1s整定，过流三段按照原过流二段的定值进行整定，即躲过全部负荷正常运行的情况下，最大容量的电机启动电流和启动时间进行整定。经过核算校验，该保护定值单能够满足继电保护对选择性、灵敏性、速动性和可靠性的要求。 4 结语 我们先期采用了分片分级的送电方式，将整条线路分成三段逐级送电，每次都能顺利的送电成功；在今年春检时，我们对保护定值按照上表进行了调整，实现了整条线路一次送电成功，期间线路出现了几次鸟害、雷击等故障，保护装置也能准确的保护跳闸，达到了预期的目标。 参考文献： [1]王相杰.浅谈继电保护误动故障案例分析与处理[J].华东科技：学术版，2015（8）：214.
什么是励磁涌流(1)
什么是励磁涌流？ 变压器励磁涌流是：变压器全电压充电时在其绕组中产生的暂态电流。变压器投入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时，其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量，因此产生极大的涌流，其中最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍。励磁涌流随变压器投入时系统电压的相角，变压器铁芯的剩余磁通和电源系统地阻抗等因素而变化，最大涌流出现在变压器投入时电压经过零点瞬间（该时磁通为峰值）。变压器涌流中含有直流分量和高次谐波分量，随时间衰减，其衰减时间取决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为5-10秒，小容量变压器约为0.2秒左右。 1 概述 变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器，用于把低电压变成高电压或把高电压变成低电压，是交流电输配系统中的重要电气设备。当变压器合闸时，可能产生很大的电流，本文主要论述该电流的产生和影响。 2 励磁涌流的特点 当合上断路器给变压器充电时，有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大，然后很快返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常称之为励磁涌流，特点如下： 1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。 2)励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过(0.25～0.5)In。 3)一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。 4)励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8～10倍。当整定一台断路器控制一台变压器时，其速断可按变压器励磁电流来整定。 3 励磁涌流的大小 3.1 合闸瞬间电压为最大值时的磁通变化
励磁涌流建模与仿真-北京石油化工学院
基于MATLAB/SIMULINK的变压器微机保护系统 仿真研究 电气工程及其自动化专业王伟建 指导老师马景兰讲师 摘要介绍了变压器微机保护的基本原理，重点分析了作为变压器主保护之一的差动保护原理和差动回路里的不平衡电流问题。在此基础上，利用MATLAB/Simulink 里的powersystem模块库，搭建了变压器故障以及差动保护、过电流保护、接地保护的仿真模型，仿真分析其保护出口与故障波形均与理论分析一致，证明了仿真模型的正确性与有效性，研究中所搭建的变压器故障和保护模型以及所采用的仿真分析方法，具有较强的通用性和广泛的工程应用价值。 关键词MATLAB/Simulink, 变压器, 微机保护, 仿真分析 1 前言 电力变压器是电力系统中十分重要的电气设备，一旦发生故障，将给电力系统的稳定运行带来严重的后果,在现代供电力系统中，对于变压器的保护，微机保护以其独特的优势应用越来越普及。 目前对于变压器微机保护的研究比较前沿的理论很多，如将数字信号处理技术应用于差动保护中，傅式算法实现及其改进算法，也有国外学者将专家系统，模糊逻辑和神经网络等人工智能方法引入变压器微机保护的研究中。变压器微机保护由主保护和后备保护构成。主保护主要是由差动保护来完成的，防止外部短路时的不平衡电流以及防止励磁涌流所致的误动。防止外部短路时的不平衡电流造成的误动，本文中采用动作可靠的比率制动方法。防止励磁涌流导致的误动作，则采用二次谐波制动的方法，二次谐波制动技术制动可靠，是防止励磁涌流引起的保护误动作的一个实用的解决方案。 2 变压器差动保护原理 变压器纵差保护是变压器绕组故障时变压器的主保护，差动保护的保护区是构成差动保护的各侧电流互感器之间所包围的部分。变压器差动保护涉及有电磁感应关系的各侧电流，其构成原理是磁势平衡原理。以双绕组变压器为例，如果两侧电流、都以流入变压器为正方向，则正常运行或外部故障时根据磁势平衡原理有： (1)式中：、是变压一次侧和二次侧绕组匝数，是励磁电流。 下面通过对外部短路和内部短路两种情况的分析阐述变压器纵联差动保护的基本原理： （1）外部短路
浅谈变压器励磁涌流产生机理(中英文结合)
浅谈变压器励磁涌流产生机理（中英文结合）摘要：变压器作为交流电力系统重要的电气设备，其正常运行直接关系着系统的安全。差动保护作为变压器主保护，励磁涌流是影响其正确动作与否的关键因素之一。文章分析了变压器励磁涌流及其特点，以单相变压器为例，分析了励磁涌流产生的机理，并给出了常见的抑制措施。 Abstract: transformer as an important of communication power system electrical equipment, the normal operation of the system has a close relationship with safety. Differential protection for transformer main protection, excitation inrush current is one of the key factors affecting the correct operation or not. Excitation inrush current of transformer is analyzed and its characteristics of a single-phase transformer as an example, analyzed the mechanism of excitation inrush current, and the inhibition of common measures is given. 关键词：变压器励磁涌流二次谐波间断角 Keywords: transformer excitation inrush current second harmonic discontinuous Angle 1、变压器励磁涌流及特点 1, transformer excitation inrush current and the characteristic 变压器是一种依据电磁感应原理制造而成的静止元件，是交流输电系统中用于电压变换的重要电气设备。当合上断路器给变压器充电
励磁涌流
:励磁涌流对HTR-PM主变压器差动保护影响分析 摘要：本文重点介绍HTR-PM 220kV主变压器差动保护原理，通过对220kV 倒送电期间主变压器五次空载冲击合闸励磁涌流波形进行深入分析，介绍励磁涌流基本特征，以及励磁涌流对变压器差动保护的影响，并给出我厂变压器所配置差动保护励磁涌流闭锁原理。 关键词：变压器差动保护、变压器空载合闸励磁涌流、励磁涌流闭锁原理 1、前言 主变压器是核电厂与电力系统之间联系的重要设备，机组正常并网运行时，核电机组所发电能通过主变压器变换升压后输送给电力系统（地网和省网），但在核电厂建设和调试期间，需要通过主变压器向核电厂反供电（倒送电）以作为安装调试阶段第二路电源。主变压器发生故障，不仅影响核电机组的安全稳定运行，给核电厂带来重大经济损失，而且影响电力系统的稳定，可能造成大面积停电。因此，必须配置性能良好，功能完善的保护装置。 根据《继电保护及自动装置设计技术规程》（DL400-91）的规定，大型电力变压器应装设反映变压器绕组和引出线多相短路、大电流接地系统侧绕组和引出线的单相接地短路及绕组匝间短路的纵联差动保护作为电量主保护。 但是，变压器在正常运行时由于励磁电流、带负荷调压、两侧差动TA的变比误差等导致存在很大的不平衡电流；由于超高压、大容量变压器接线方式，例如HTR-PM 220kV主变为YnD11接线方式，变压器两侧电流相位相差30，导致出现不平衡电流；空载变压器合闸时可能产生励磁涌流，多次测量表明：空投变压器时的励磁涌流通常为额定电流的2-6倍，最大可达8倍以上，由于励磁涌流只由充电侧流入变压器而不流经其他侧，对变压器纵差保护而言是很大的一项不平衡电流。 2、变压器差动保护原理 变压器纵差保护的构成原理是基于克希荷夫第一定律，即 I=0（2-1） 式中I=0为主变压器高低压侧电流的向量和，主变高低压侧CT为减极性配置，见图1。
10KV线路中励磁涌流问题的探讨
10KV线路中励磁涌流问题的探讨 摘要：电力系统中，有时会碰到10KV线路在检修或者限电后恢复运行时，出现继电保护动作，开关跳闸，而运行人员在巡线后又找不到故障点，这时我们往往会忽略励磁涌流，而这种情况很有可能就是由励磁涌流引起的。 关键词：励磁涌流继电保护误动 在电力系统中，各种类型的、大量的电气设备通过电气线路紧密地联结在一起，其覆盖的地域极其辽阔，运行环境极其复杂以及各种认为因素的影响，电气故障的发生是不可避免的。但有时会碰到这样的情况：一条10KV线路在检修或者限电后恢复运行时，出现继电保护动作、开关跳闸，而运行人员在巡线后又找不到故障点，这时我们往往会忽略励磁涌流，而这种情况很有可能就是由励磁涌流引起的。 1、励磁涌流的产生及特点： 当变压器空载投入或外部故障切除后电压恢复时，就有可能出现数值很大的励磁电流（又称为励磁涌流）。这时因为变压器空载时其铁心中的磁通不能突变，此时将出现一个非周期分量磁通，使变压器铁芯饱和，励磁电流将急剧增大。变压器励磁涌流最大值可以达到变压器额定电流的6~8倍，其中包含有大量的非周期分量和高次谐波分量，并以一定时间系数衰减。励磁涌流的大小和衰减时间跟变压器的容量大小、变压器安装地点与电源的电器距离、电力系统的容量大小、铁心中剩磁的大小和方向及铁心的性质都有关系。变压器容量大，产生历次涌流倍数小，但励磁涌流时间常数大，存在时间长，有时要经过数秒甚至几分钟后才能会衰减到正常值。 2、 线路中励磁涌流对继电保护装置的影响： 一条10KV线路装有大量的变压器，在线路改运行时，这些变压器都挂在线路上，在合闸瞬间，各变压器所产生的励磁涌流在线路上相互迭加、来回反射，产生了一个复杂的电磁暂态过程，在系统阻抗较小时，会出现较大的励磁涌流，时间常数也较大。一般10KV线路的主保护是采用三段式电流保护，即瞬时电流速断保护、限时电流速断保护和过电流保护。瞬时电流速断保护和过电流保护。瞬时电流速断保护由于要兼顾保护的灵敏度。动作电流值往往取得较小，特别在长线路或系统阻抗大时更明显，励磁涌流值很可能会大于保护装置的整定值，使保护误动。这种情况在线路变压器个数少、容量小以及系统阻抗大时并不突出，因此容易被忽视，但当线路变压器个数及容量增大后，就可能出现。这种10KV线路由于励磁涌流而无法正常投入的问题在我们实际中已发生了多次，值得注意。
不平衡电流产生的原因
不平衡电流产生的原因 1励磁涌流的影响 变压器在正常运行时，它的励磁电流只流过变压器的电源测，因此，通过电流互感器反映到差动回路中就不能被平衡。在正常情况下，变压器励磁电流不过为变压器额定电流的 2% ～3%；在外部故障时，由于电压降低，励磁电流也相应减少，其影响就更小。在实际整定时可以不必考虑。 但是，在变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能产生数值很大的励磁涌流，其数值可达变压器额定电流的6～8倍。励磁涌流中含有大量的非周期分量和高次谐波分量。励磁涌流的大小与合闸瞬间外加电压的相位，铁芯中剩磁的大小和方向以及铁芯的特性有关。若正好在电压最大值时合闸，则不会出现励磁涌流，而只有正常时的电流。但对于三相变压器而言，由于三相电压相位不同，无论在任何瞬间合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。励磁涌流可分解成各次谐波，以二次谐波为主，同时在励磁涌流波形中还会出现间断角。励磁涌流的波形如图2。 2绕组连接方式不同的影响 变压器各侧绕组的连接方式不同,如双绕组变压器采用Y,d接线,三绕组变压器采用Y,y,d 接线时,各侧电流相位就不同。这时，即使变压器各侧电流互感器二次电流大小能相互匹配，但不调整，相位差也会在差动回路中产生很大的不平衡电流。 3实际变比与计算变比不同的影响 由于电流互感器选用的是定型产品，其变比都是标准化的，很难与通过计算得出的变比相吻合，这样就会在主变差动回路中产生不平衡电流。 4改变调压档位引起的不平衡电流及克服措施 电力系统中带负荷调整变压器分接头是调节系统电压的重要手段。改变调压档位实际上就是改变变压器的变比。而差动保护已按照某一变比调整好，当分接头改换时，就会产生一个新的不平衡电流流入差动回路。此时不可能再用重新选择平衡线圈匝数的方法来消除这个不平衡电流，这是因为变压器的分接头是经常在改变，而差动保护的电流回路在带电时是不可能进行操作的。因此，对由此产生的不平衡电流，通常是根据具体情况提高保护动作的整定值加以克服。 5型号不同产生的不平衡电流 由于变压器各侧电流互感器的型号不同，它们的饱和特性和励磁电流（归算到同一侧）就不相同，因此，在差动回路中所产生的不平衡电流也就较大。 转子一点接地保护 转子一点接地保护反应发电机转子对大轴绝缘电阻的下降。顾名思义，转子一点接地就是转子上只有一个点与地接触了，发电机转子一点接地后励磁回路对地电压将有所升高。在正常情况下，励磁回路对地电压约为励磁电压的一半。当励磁回路的一端发生金属性接地故障时，另一端对地电压将升高为全部励磁电压值，即比正常电压值高出一倍。在这种情况下运行，当切断励磁回路中的开关或一次回路的主断路器时，将在励磁回路中产生暂态过电压，
三相变压器的励磁涌流和和应涌流的仿真分析
三相变压器的励磁涌流和和应涌流的仿真分析 摘要: 简单地介绍了PSCAD 电磁仿真软件，论述了励磁涌流以及和应涌流产生的机理，搭建了仿真模型，得到了空载合闸时的涌流波形，并主要对影响励磁涌流的因素进行了分析研究，其结果与理论分析相吻合，表明利用PSCAD 能够有效地对变压器励磁涌流和和应涌流的仿真，为变压器保护的算法研究提供基础，最后提出了鉴别励磁涌流的新兴技术，进一步提高了电力系统的稳定性、可靠性，同时对智能电网的发展起到很大的促进作用。 关键词:PSCAD ；励磁涌流；空载合闸；仿真研究 随着社会的不断发展，电力行业的飞跃进步的同时，电力变压器是发电厂和变电站中的主要电气设备, 对电力系统的安全稳定运行起着十分重要的作用[1]。但由于变压器空载合闸过程中所产生的励磁涌流以及和应涌流对继保产生的误动作使得电力系统稳定性遭到破坏，所以有必要对变压器励磁涌流进行分析研究，而PSCAD 能够很好的对电力系统进行建模分析和研究，从而可以提高系统的稳定性和可靠性。 PSCAD 是一款电磁暂态软件包，它由很多可视化模块组成，具有较完善的模型库，主要 研究电力系统的暂态过程，对电力系统时域和频率进行快速而又准确的仿真分析[2-3] 。 1 励磁涌流的产生机理 变压器正常运行和外部故障时不会饱和，励磁涌流一般不会超过电力系统稳定运行额定电流的2%-5%，从而对纵差动保护的影响可以忽略。当变压器空载投入或者外部故障切除后电压恢复时, 变压器电压从零或很小的值突然上升到运行电压。在这个电压上升的暂态过程中, 变压器可能会严重饱和, 产生很大的暂态励磁电流。这个暂态励磁电流就是励磁涌流[4]。变压器产生的励磁涌流最大可能会达到额定电流的4~8倍，并与变压器的额定容量有关。而和应涌流一般发生在两台变压器上，当一台变压器空载合闸时对另一台变压器励磁涌流的影响，产生的过程大致可分为两种：一种是两台变压器串联，当末端变压器空载合闸时，另一台变压器可能产生和应涌流；另一种是两台变压器并联，当一台变压器合闸时，另一台可能会产生和应涌流[5]，为分析简便，以单相变压器为例来说明励磁涌流产生的机理。设变压器绕组端电压为 m ()sin()u t U t ωθ=+ (1) 其中U m 为变压器端电压最大值，忽略漏抗和绕组的电阻，且令绕组匝数N =1，则有下式： ()d u t dt = Φ (2) 当变压器空载合闸时，变压器铁芯中的磁通为 c ()(s )o m u t dt t C ωθΦ=Φ+-=+? (3) 其中Φm 为变压器磁通的最大值，C 为常数， m m U ω Φ= (4) 当变压器空载合闸瞬间时铁芯中的剩磁为Φr ，则积分常数为 cos()m r C θ=Φ+Φ (5) 所以空载合闸时变压器铁芯中的磁通为 cos()cos()m m r t ωθθΦ=Φ++Φ+Φ- (6)
励磁涌流的抑制方法
摘要：合空载电力变压器时会产生数值相当大的励磁涌流，易造成变压器差动保护装置的误动作。针对这一问题，介绍了两种削弱励磁涌流的方法：控制三相合闸时间或在变压器低压侧加装电容器。理论分析和实践均证明这两种方法是行之有效的，但利用控制三相合闸时间来削弱励磁涌流在实际应用中更具有潜力。 关键词：励磁涌流；变压器；控制开关；电容 1概述 电力变压器在空载合闸投入电网或外部故障切除后电压恢复时，由于变压器的非线性，会产生数值相当大的励磁涌流，严重情况下其峰值可达额定电流的10到20倍［1］，从而导致变压器保护的误动作。为了解决这一问题，目前变压器的差动保护都采用了或门制动方式，即三相电流中有一相制动，则三相全部制动。这样虽解决了涌流时的误动问题，但当变压器有涌流时，如果发生单相或两相内部故障，差动保护因健全相的涌流制动而不动作。大型变压器时间常数都很长，一般涌流过程超过5 s［2］，在发生上述故障时，主保护等到振荡消失才能动作，实际就是拒动。理论分析和动模试验都证实了这种现象。为了保证差动保护装置的正确动作，必须要降低励磁涌流的幅值。目前，削弱励磁涌流的方法主要有两种：控制三相开关合闸时间，或在变压器低压侧并联电容器。本文将对这两种方法的原理、效果一一介绍。 2控制三相开关合闸时间以削弱励磁涌流 2．1理论基础 该方法的理论基础是：将变压器看作一个强感性负载，即看作一个非线性电感，当合闸时，变压器上的电压在变压器内部也产生一个磁通，当变压器有剩磁时，合闸后所产生的磁通如果和剩磁极性相同，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而增加，从而励磁涌流也会随之增加，如果合闸后所产生的磁通和剩磁极性相反，则变压器内部的总磁通就会随着电压的升高而减小，从而削弱了励磁涌流；如果合闸时变压器内无剩磁，则可在合闸角为90°（即电压峰值时）时合闸，这样在变压器内产生的磁通最小，产生的励磁涌流也最小。在单相变压器中，可以很容易地分析出如下结果。假设单相变压器无漏抗，电源为无穷大，如图1所示：
自动调节励磁系统原理简介(广科所)
自动调节励磁系统原理简介 随着电力系统的迅速发展，对励磁系统的静态和动态调节性能以及可靠性等提出了更高的要求。计算机技术、控制理论、电力电子技术的发展也促进了自并励励磁制造技术逐渐趋向于成熟、稳定、可靠。相对其它励磁方式而言，自并励励磁系统具有主回路简单、调节性能优良、可靠性高的优点，已取代励磁机励磁方式和相复励方式，在水电厂得到普遍使用。最近几年，自并励励磁方式也取代了三机励磁方式，成为新建火电厂的首选方案，逐渐在大型汽轮发电机组中推广应用。 1、组成 励磁系统由励磁调节器、功率整流器、灭磁回路、整流变压器及测量用电压互感器、电流互感器等组成。 2、工作原理 自并激励磁系统的励磁电流取自发电机机端，经过整流变压器降压、全控整流桥变流的直流励磁电压，由晶闸管触发脉冲的相位进行控制。一般情况下，这种控制以恒定发电机电压为目的，但当发生过励、欠励、V/F超值时，也起相应的限制作用。恒压自动调节的效果，在发电机并上电网后，表现为随系统电压的变化，机端输出无功功率的自动调节。 一、调节器 励磁系统作为电厂的重要辅机设备，励磁调节器的设计，应对电力系统的变化有较大的适应性，随着计算机技术的发展，励磁调节器已经由模拟式向计算机控制的数字式方向发展，大大增加了励磁系统的可靠性。 1、调节器的控制规律 一般用于励磁调节器的控制规律有：PID＋PSS、线性最优控制、非线性最优控制等。关于励磁控制规律，国内外学者普遍认为，励磁调节器的设计，应对电力系统的变化有较大的适应性，而不是在某种条件下最优。同时，励磁调节不仅要考虑阻尼振荡，还必须考虑调压指标等性能要求。由于PID+PSS控制方式有很强的阻尼系统振荡的能力，具有较好的适应性以及很好的维持发电机电压水平的能力，又具有物理概念清晰、现场调试方便的优点，因而在国内外得到普遍应用。我公司的励磁调节器的控制规律也采用PID＋PSS控制方式。 国内有些单位也开展了线性最优控制或非线性最优控制规律的研究，并有样机投入工业运行。但到目前为止，还未见到成功应用实例的报道，并且，在现场进行调节器性能的测试时，特别是进行PSS性能测试时还存在着数学模型不够清晰，难以进行参数校正的问题，故在国内的应用还难以推广。 2、调节器通道的冗余 目前，在调节器调节通道的组成上，大多数厂家采用热备用双通道单模冗余结构，即调节器包含两个独立的通道。这两个通道软硬件结构完全相同，调节模式、工作原理完全一致，一套工作，一套备用。这种结构存在一个较大的弱点，那就是单一的工作模式，由于两个通道的完全一致性，同时出现故障的机率比较大。国内曾有多家电厂发生失磁事故，其原因就是调节器的两个通道由于受到干扰而同时死机。 也有少数制造商采用三取二表决型通道，这种冗余结构原理很简单，三个调节通道在反馈、脉冲输出等环节通过软件或硬件比较，选择中间值作为真值。显然，若有两个通道出现问题，表决逻辑就变得混乱了。国内外有学者对其进行过分析，认为这种结构的可靠性远低于热备用双通道单模冗余结构。因此，采用表决器结构的制造商另外加了一个独立的手动通道作为表决器的备用通道，当表决器故障时切换到手动通道运行。这实质上是花费四个通道的成本来获得两个通道的可靠性，得不偿失。国外有些制造商起初也选用过表决型冗余通道，但后来逐渐摈弃不用了。 我公司在90年代初开发了热备用双通道模式冗余结构的励磁调节器，即主通道采用总线工控机为核心的数字式调节器，而备用通道采用以可编程控制器为核心的模数混合式调节器，这两个通道软硬件结构、调节模式、工作原理完全不同，因而被称为双模结构。这种类型的调节器一经推出，即获得用户广泛欢迎，在国内四十多家电厂近百台机组投入运行。 在总结该调节器成功经验的基础上，针对大中型发电机组，我们于97年研制成功微机/微机/模拟三通道双模冗余结构的励磁调节器。 该调节器由两个自动电压调节通道（A、B）和一个手动调节通道（C）组成，这三个通道从测量回路到脉冲输出回路完全独立。A套调节器和B套调节器是以STD总线工控机为核心的数字式调节器，而C套调节器则是基于集成电路的模拟式调节器。以下是这两种不同类型调节模式的对比：
基于Matlab电力变压器励磁涌流的分析和仿真
宁德师范学院 毕业论文(设计) 专业 指导教师 学生 学号 题目
目录 1 变压器空载合闸励磁涌流产生机理 (1) 1.1 变压器励磁涌流的定义 (1) 1.2 变压器励磁涌流产生的原因 (1) 2 变压器空载合闸物理过程分析 (1) 2.1 单相变压器的涌流分析 (1) 2.2 三相变压器的涌流分析 (4) 2.3 励磁涌流的影响及抑制措施 (5) 3 变压器励磁涌流的仿真 (5) 3.1 变压器仿真模型构建 (5) 3.3 励磁涌流仿真结果的分析 (6) 3.4 励磁涌流与短路电流比较 (8) 4 结束语 (8) 参考文献 (9)
基于Matlab 的三相变压器励磁涌流仿真分析 摘要：阐述了变压器空载合闸时励磁涌流产生的机理，在单相变压器空载合闸的理论基础上，运用Matlab 电气系统模块库构建仿真模型，对三相双绕组变压器空载合闸的过程进行仿真及分析。对不同状态下的励磁涌流做进一步分析，分析结果和理论分析相吻合，验证了仿真的有效性。 关键词：变压器；Matlab ；励磁涌流 1 变压器空载合闸励磁涌流产生机理 1.1 变压器励磁涌流的定义 通常在正常运行的变压器中的励磁电流非常小，大约仅有额定电流的3%~8%，而大型电力变压器的励磁 涌流还不足额定电流的1%[1] ，如此小的励磁涌流并不足以破坏电力系统的稳定性。因为变压器本身的铁芯材料呈非线性特性，并附带磁通饱和特性，导致在空载合闸的瞬间，会产生很大的冲击电流，该值可达额定电 流的3~4倍，是正常空载运行电流的几十倍甚至百倍以上[2] 。 1.2 变压器励磁涌流产生的原因 对变压器的进行空载合闸操作有两种，即：（1）电力变压器的空载投入电网运行；（2）电网发生故障要 切除变压器，待故障排除后变压器的再次投入[3] 。如图1所示，是变压器铁芯近似磁化特性曲线。从图中可以看出，饱和曲线的延长线与坐标纵轴相交于点S ，把S 点的饱和磁通量定义为s Φ。在正常运行状态下，饱和磁通介于0~s Φ之间变化，励磁阻抗很大，一般以变压器额定电压和电流为基准的励磁阻抗100m Z >，故变压器的励磁涌流i μ很小，可近似为零；但是，当变压器空载投入时，变压器铁芯磁通量大于s Φ时，达到瞬变磁通x Φ，由下图可以看出，变压器励磁涌流i μ沿着磁化特性曲线将迅速增大。它的大小与变压器等值阻抗、合闸初相角、变压器铁芯剩磁大小、变压器绕组接线方式、变压器铁芯的材质及结构等诸多因素有关。 Φ i μ X Φx S 图1 变压器铁芯磁化曲线 2 变压器空载合闸物理过程分析 2.1 单相变压器的涌流分析 电力系统中的变压器中主要是三相变压器，但分析三相变压器的励磁涌流可以在分析单相变压器励磁涌流的基础上进行。图2是变压器接线图，二次侧开路、一次侧在0t =时刻合闸到电压为1u 的电网上，其中： 112sin()u U t ωα=+
励磁涌流
励磁涌流 励磁涌流（inrush current)的发生，很明显是受励磁电压的影响。即只要系统电压一有变动，励磁电压受到影响，就会产生励磁涌流。 在不同的情况下将产生如下所述的初始（initial inrush)、电压复原（recovery inrush)及共振（sympathetic inrush 共感）等不同程度的励磁涌流。其瞬时尖峰值及持续时间，将视下列各因素的综合情况而定，可能会高达变压器额定电流的8--30倍。 变压器在合闸充电时，由于变压器的电感性加上合闸瞬间供电电压的相角不确定性会使充电存在最大7-9倍的涌流（大型变压器）。原因就是电感电流不能突变，合闸前电流为零，根据u=L*di/dt。如果合闸时电压（正玄）最大时则可以平稳过渡。一旦不在此相位，特别在过零位电压时由于电网的能量非常巨大，在短时能，必然产生巨大的电流强迫变压器电流过渡到正玄波形。这就有个涌流过程。彻底防治就需要合闸相角控制，当然是三相分相控制了。简单预防则是开关串电阻。其实也挺麻烦。 目录[隐藏] 1 概述 2 励磁涌流的特点 3 励磁涌流的大小 4 励磁涌流的影响 1 概述 变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器，用于把低电压变成高电压或把高电压变成低电压，是交流电输配系统中的重要电气设备。当变压器合闸时，可能产生很大的电流，本文主要论述该电流的产生和影响。 2 励磁涌流的特点 当合上断路器给变压器充电时，有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大，然后很快返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常称之为励磁涌流，特点如下： 1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，主要是偶次谐波，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。
(完整版)励磁涌流产生的原因及应对策略
励磁涌流产生的原因及应对策略 随着经济的发展，电业因其无污染等特点被广泛应用到社会的各方面，变压器作为交流电力系统重要的电气设备，其正常运行直接关系着人民生命财产的安全。本文从变压器励磁涌流释义开始、随后就变压器励磁涌流产生原因进行了分析研究，最后就变压器励磁涌流的应对策略提出了很好的意见。 变压器的励磁电流是只流入变压器接通电源一侧绕组的，对纵差保护回路来说，励磁电流的存在就相当于变压器内部故障时的短路电流。因此，它必然给纵差保护的正确工作带来影响。下面笔者结合工作实际谈一下励磁涌流产生的原理及应对策略。 变压器励磁涌流释义 1.1励磁涌流的定义 变压器是一种依据电磁感应原理制造而成的静止元件，是交流输电系统中用于电压变换的重要电气设备。当合上断路器给变压器充电时，有时候，能够观察到变压器电流表的指针有很大摆动，随后，很快又返回到正常的空载电流值，这个冲击电流通常就被称为励磁涌流。 1.2变压器励磁涌流的特点 1.2.1涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，因此，励磁涌流的变化曲线为尖顶波。 1.2.2励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关，饱和越深，电抗越小，衰减越快。因此，在开始瞬间衰减很快，以后逐渐减慢，经0.5～1s后其值不超过(0.25～0.5)In。
1.2.3一般情况下，变压器容量越大，衰减的持续时间越长，但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。 1.2.4励磁涌流的数值很大，最大可达额定电流的8～10倍。当整定一台断路器控制一台变压器时，其速断可按变压器励磁电流来整定。 变压器励磁涌流产生原因 变压器励磁涌流是由变压器铁心饱和引起的。在铁心不饱和时，铁心磁化曲线的斜率很大，励磁电流近似为零；一旦铁心出现饱和，磁化曲线斜率变小，电流随着磁通线性增长，最终演变为励磁涌流。 现代常用的电力变压器饱和磁通一般设为1.15～1.4，而变压器运行电压一般不应超过额定电压的3%～6%或更小，故纵差保护回路中的不平衡电流也很小。外部短路时，由于系统电压下降，励磁电流也将减小，因此，在稳态情况下，励磁电流对纵差保护的影响常常可忽略不计。然而在电压突然增加的特殊情况下，就可能产生很大的励磁电流，其数值可达额定电流的6～8倍。这种励磁电流就有可能大于饱和磁通，从而造成变压器饱和。 变压器励磁涌流的应对策略 目前采用速饱和中间变流器；二次谐波制动的方法；间断角鉴别方法等三种方法来防止励磁涌流引起的纵差保护的误动。 3.1采用差动速断保护 由于差动速断保护有固有动作时间，故动作电流无需避开最大电流，此方案灵敏性低，只适用于小型变压器。差动保护按照躲开最大不平衡电流进行整定时，带速饱和原理的差动保护能够减少非周期分量造成的保护误动，这种差动保护的核心部分是带短路线圈的饱和中
浅谈电气主设备继电保护技术分析
浅谈电气主设备继电保护技术分析 【摘要】随着当前社会的不断发展，电力系统的不断应用使得当前在电力保护中的要求也在不断的提高。电力系统的飞速发展对继电保护不断提出新的要求，这就使得在当前电气设备应用中继电器保护技术要求日益提高，本文就电气主设备继电器的保护技术进行分析与探讨。 【关键词】电气主设备；继电保护；技术分析 一、电气主设备保护的研究成果 1.1电气设备的继电保护的意义 随着科学技术的发展，特别是电子技术、计算机技术和通信技术的发展，电力系统继电保护先后经历了不同的发展时期。近些年来，电力工业突飞猛进，整个电力系统呈现出往超高电压等级、单机容量增大、大联网系统方向发展的趋势，这就对主设备保护的可靠性、灵敏性、选择性和快速性提出了更高的要求。 电气设备的继电保护主要是研究电力系统故障和危及安全运行的异常工况，以探讨其对策的反事故自动化措施。因在其发展过程中曾主要用有触点的继电器来保护电力系统及其元件（发电机、变压器、输电线路等），使之免遭损害，所以需要继电保护。 1.2电气主设备的发展现状 与以往超高压线路继电保护相比，电力系统大型主设备继电保护，处于一种相对滞后的状态，主设备保护正确动作率一直较低，与线路保护相比有较大差距。 近年来主设备保护的分析计算方法取得了很大进展，比如采用多回路分析法可以比较精确地计算发电机的内部故障，主设备内部故障保护的配置具备了理论基础。利用真实反应主设备内部各种故障及异常工况的动模系统和仿真系统检验主设备保护，极大地提高了新原理新技术的验证水平。随着基于新硬件平台的数字式主设备保护的推陈出新，实现了主设备保护双主双后的配置方案，保护的设计方案、配置原则趋于完善，同时，新原理和新技术的应用也大大提高了主设备保护的安全运行水平。 1.3双主双后保护配置方案在主设备保护领域的应用 双主双后的保护实现方式是针对一个被保护对象，配置2套独立的保护。每套保护均包含主后备保护，并且每套保护由2个CPU系统构成。2个CPU系统之间均能进行完善的自检和互检，出口方式采用2个CPU系统“与”门出口。这种配置方案概念清晰，彻底解决了保护拒动和误动的矛盾，即双重化配置解决了拒动问题，双CPU系统“与”门出口解决了硬件故障导致的误动问题。这种思想已成功地应用到主设备保护上，大大提高了主设备保护的运行水平。 1.4主设备保护领域应用的新原理 在主设备保护领域，近些年来，通过从对故障过程的电磁暂态过程的研究、TA饱和特性的研究、内部故障理论分析，结合实际动模和数字仿真等方面，提出了一些新的原理。 1.4.1差动保护。常规的两折线、三折线比率差动、标积制动式差动、采样值差动等已在很多文献中有所介绍。 1.4.2关于励磁涌流。目前在工程上应用的判别励磁涌流的原理都是从涌流波形与短路电流波形的不同特征入手，来区分励磁涌流与短路的。各种涌流判别原理都具有在故障合闸时，保护动作时间长或动作时间离散度大的缺点。
变压器励磁涌流引起的保护误动
摘要：电力系统中变压器存在励磁涌流，通过合理的调节补偿装置，防止变压器励磁涌流对差动继电器的影响。 关键词：励磁涌流；引起；保护误动 印江县供电局甘金桥水电站主变进行大修后空载试验，主变低压侧断路器合闸时，出现合闸瞬间就跳闸，经多次操作仍出现此情况。在认真检查变压器后，断路器还出现一合闸即跳闸的现象，后对变压器进行分析，是由于励磁涌流的影响，差动保护的速饱和变流器差动线圈调整不合理，引起保护误动，致使断路器无法合闸，经过处理，故障消除。 1 励滋涌流 对变压器切除外部故障后进行空载合闸，电压突然恢复的过程中，变压器可能产生很大的冲击电流，其数值可达额定电流的6～8倍，将这个电流称之为励磁涌流。 产生励磁涌流的原因是变压器铁芯的严重饱和和励磁阻抗的 大幅度降低。 2 励磁涌流的特点 励磁涌流数值很大，可达额定电流的6～8倍。 励磁涌流中含有大量的直流分量及高次谐波分量，其波形偏向时间轴一侧。 励磁涌流具有衰减特性，开始部分衰减得很快，一般经过0.5～1s后，其值通常不超过0.25～0.5倍的额定电流，对于大容量变压器，其全部衰减时间可能达到几十秒。
3 消除励磁涌流影响所采取的补偿措施 励磁涌流的产生会对变压器的差动保护造成误动作，从而使变压器空载合闸无法进行，为了消除励磁涌流对保护的影响，一般可以采用接入速饱和变流器的补偿措施。 3.1 接入速饱和变流器 接入速饱和变流器阻止励磁涌流传递到差动继电器中，如图1。当励磁涌流进入差动回路时，由于速饱和变流器的铁芯具有极易饱和的特性，其中很大的非周期分量使速饱和变流器的铁芯迅速严重饱和，励磁阻抗锐减，使得励磁涌流中几乎全部非周期分量及部分周期分量电流从速饱和变流器的一次侧绕组通过，变换到二次侧绕组的电流就很小，差动保护就不会动作。只要合理调节速饱和变流器一二次侧绕组匝数，就可以更好的消除励磁涌流对差动保护的影响。 图1 接入速饱和变流器
继电保护简答题
1.具有制动特性的差动继电器能够提高灵敏度的原因：流入差动继电器的不平衡电流与变 压器外部故障时的穿越电流有关。穿越电流越大，不平衡电流也越大，具有制动特性的差动继电器正式利用这个特点，在差动继电器中引入一个能够反应变压器穿越电流大小的制动电流，继电器的动作电流不再是按躲过最大穿越电流整定，而是根据实际的穿越电流自动调整。 2.最大制动比：差动继电器动作电流I set.max和制动电流Ires.max之比。 3.三相重合考虑两侧电源同期问题的原因：三相重合时，无论什么故障均要切除三相故障， 当系统网架结构薄弱时，两侧电源在断路器跳闸以后可能失去同步，故需要考虑两侧电源的同期问题。 4.单相重合闸不需要考虑同期问题的原因：单相故障只跳单相，使两侧电源之间仍然保持 两相运行，一般是同步的，故不需考虑同期问题。 5.输电线路纵联电流差动保护在系统振荡、非全相运行期间不会误动的原因：系统振荡时 线路两侧通过同一个电流，与正常运行及外部故障时的情况一样，差动电流为量值较小的不平衡电流，制动电流较大，选取适当的制动特性，就会保证不误动作；非全相运行时，线路两侧电流也为同一个电流，电流纵联差动保护也不会误动作。 6.负荷阻抗：指电力系统正常运行时，保护安装处的电压（近似为额定电压）与电流（负 荷电流）的比值。正常运行时电压较高、电流较小、功率因数高，负荷阻抗量值较大。 7.短路阻抗：指电力系统发生短路时，保护安装处电压变为母线残余电压，电流变为短路 电流，此时测量电压与测量电流的比值。即保护安装处与短路点之间一段线路的阻抗，其值较小，阻抗角较大。 8.系统等值阻抗：单个电源供电时为保护安装处与背侧电源点之间电力元件的阻抗和；多 个电源供电时为保护安装处断路器断开的情况下，其所连接母线处的戴维南等值阻抗。 即系统等值电动势与短路电流的比值，一般通过等值、简化的方法求出。 9.继电保护装置及其作用：指能反应电力系统中设备发生故障或不正常运行状态，并动作 于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置。其作用：①电力系统正常运行时不动作；②电力系统不正常运行时发出报警信号，通知工作人员处理，使其尽快恢复正常运行；③电力系统故障时，甄别出发生故障的电力设备，并向故障点与电源点之间、最靠近故障点的断路器发出跳闸指令，将故障部分与电网其他部分隔离。 10.构成距离保护必须用各种环上的电压、电流作为测量电压和电流的原因：在三相电力系 统中，任何一相的测量电压与测量电流之比都能算出一个测量阻抗，但是只有故障环上的测量电压、电流之间才满足关系U m=I m Z m=I m Z k=I m Z1L k，即由它们算出的测量阻抗才等于短路阻抗，才能够正确反应故障点到保护安装处的距离。用非故障环上的测量电压、电流也可算出一个测量阻抗，但它与故障距离之间没有直接的关系，不能正确反应故障距离，故不能构成距离保护。 11.变压器纵联差动保护中，不平衡电流产生的原因：①变压器两侧电流互感器的计算变比 与实际变比不一致；②变压器带负荷调节分接头；③电流互感器有传变误差；④变压器的励磁电流。 12.变压器的故障状态及应装设的保护：①油外故障：套管和引出线上发生相间短路及接地 短路；（电流速断保护、纵联差动保护）②油内故障：相间短路，接地短路，匝间短路及铁芯的烧损等；（瓦斯保护、电流速断保护、纵联差动保护） 13.励磁涌流产生原因及相关因素：变压器空载投入或外部故障切除后，电压恢复时，变压 器电压从零或很小的数值上升到运行电压，这个电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和，产生很大的暂态励磁电流——励磁涌流；它与变压器的额定容量、电压幅值、合闸角以及铁芯剩磁有关。