电力变压器暂态模型的建立和仿真

0.2
-30 0
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
0.15
0.2
合闸角为60°，三相一次涌流波形
4 A phase B phase C phase 2
合闸角为60°，二次差流波形
30 idA idB idC 20
0 I/KA 10 -2 Id(A) 0 -4 -10 -6 0 0.05 0.1 仿仿仿仿（s） 0.15 0.2 -20 0
（2）三相变压器的励磁涌流 三相变压器励磁涌流的特点
三相变压器励磁涌流波形
i
iµ
A
iµ
2 π 3
B
iµ
4 π 3
2π
ωt
（a）
C
i
i
2π
ωt
（b）
i
i
ωt
ωt
（c）
i
i
无法显示图像。计 算机可能没有足够 的内存以打开该图 像，也可能是该图 像已损坏。请重
ωt
（d）
图3.4 三相变压器励磁涌流波形 （a）、、波形；（b）波形； （c）波形（d）波形
15 10 5 0 idA idB idC
I/KA
Id(A)
0
-5 -10 -15 -20
-5 0
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
0.15
0.2
-25 0
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
0.15
0.2
合闸角为30 °，三相一次涌流波形
3 2 1 0 I/KA -1 A phase B phase C phase
电力变压器暂态 模型建立和仿真
目录
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章
绪论 变压器的故障及保护原理 变压器的励磁涌流 空载合闸励磁涌流仿真 防止励磁涌流引起误动的方法
概述
电力变压器是电力系统的重要设备，正确建立变压器的 稳态、暂态模型是电力系统稳态、暂态分析的基础。本文主 要介绍了电力变压器的故障种类、故障状态及电力变压器不 正常运行状态，并针对电力变压器的故障和不正常运行状态 提出了一些电力变压器的保护原理。电力变压器不正常运行 状态中，励磁涌流是影响电力变压器正常运行的重要因素。
20 15 10 idA idB idC
Id(A)
0.05 0.1 仿仿仿仿（s） 0.15 0.2
1 0 -1 -2 -3 0
5 0 -5 -10 -15 -20 0 0.05 0.1 仿仿仿仿（s） 0.15 0.2
合闸角为0°，三相一次涌流波形
合闸角为0°，二次差流波形
5 A phase B phase C phase
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
0.15
0.2
合闸角为-30°，三相一侧涌流波形
8 6 4
Id(A)
合闸角为-30°，二次差流波形
30 20 10 0 -10 -20 -30 0 idA idB idC
A phase B phase C phase
I/KA
2 0 -2 -4 0
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
0.15
0.2
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
0.15
0.2
合闸角为0°，三相一次涌流波形
合闸角为0°，二次差流波形
6 4 2 A phase B phase C phase
20 idA idB idC
10
0
0 -2 -4 -6 0
Id(A) -10 -20 -30 0
I/KA
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
.
⋅
.
（2.1）
纵差动保护的动作依据为 （2.2）
⋅
式中I ste----纵差动保护的动作电流；
.
' I -----差动电流的有效值， r =| I 1' + I 2 |。 Ir
第3章 变压器的励磁涌流
（1）单相变压器的励磁涌流 以单相变压器为例说明了励磁涌流产生的原因及特点
φ
Φm +Φr Φsat
θ1
2Φm +Φr
Φ
φ
π
2π −θ1
Φ
ωt
sa t
0
0
图3-1变压器暂态磁通 图3-2变压器近似磁化线
iµ
iµ
θ1
θ1
π
2π −θ1
ωt
图3-3 励磁涌流波形
特点：1.与合闸角有关，合闸角 α =0 和 α = π 时励磁涌流最大 2.波形偏离时间轴一侧，有间断角； 3.含有非周期分量； 4.含有大量的高次谐波分量，以二次为主。
本文通过PSCAD/EMTDC仿真软件对空载合闸励磁涌流进行仿 真验证，用直流电源来模拟剩磁，通过控制块来控制受控电 流源，对不同的合闸角度的励磁涌流进行仿真。
关键词：励磁涌流、间断角、总差动保护、变压器、电流保 护、零序电流保护
第1章 绪论
1.1 引言 主要介绍了电力变压器的概况。 1.2 研究目的和意义 电力变压器是电力系统的重要设备，它的运行状态直接影 响着整个电力系统的安全稳定运行。 1.3 研究内容 针对影响电力变压器的重要因素励磁涌流进行研究，对电 力变压器的励磁涌流进行建模仿真，提出防止励磁涌流引起 误动作的方法，提高和改善电力变压器能够安全、经济、可 靠的运行。
第5章 防止励磁涌流引起误动的方法
（1）采用速饱和中间变流器 励磁涌流中含有大量的非周期分量，所以可以采用速饱和中间变流器 来防止差动保护的误动。 （2）二次谐波制动的方法 二次谐波制动方法是根据励磁涌流中含有大量二次谐波分量的特点， 当检测到差电流中二次谐波含量大于整定值时就将差动继电器闭锁，以 防止励磁涌流引起误动。 （3）间断角鉴别的方法 励磁涌流的波形中会出现间断角，而变压器内部故障时流入差动继电 器的稳态差电流是正弦波，不会出现间断角。间断角鉴别的方法就是利 用这个特征鉴别励磁涌流和故障电流，即通过检测差电流波形是否存在 间断角，当间断角大于整定值时将差动保护闭锁。
合闸角为60°，二次差流波形
25 20 15 10 idA idB idC
0
Id(A) 0.05 0.1 仿仿仿仿（s） 0.15 0.2
I/KA
5 0 -5 -10
-5 0
-15 0
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
0.15
0.2
合闸角为90 °，三相一次涌流波形 合闸角为90 °，二次差流波形 图4-2变压器一次涌流波形及电流互感器二次差流波形（剩磁为零）
合闸角为30 °，二次差流波形
20 15 10 5 Id(A) 0 -5 -10 idA idB idC
-2 -3 -4
-15
-5 0
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
0.15
0.2
-20 0
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
0.15
0.2
合闸角为60°，三相一次涌流波形
5 A phase B phase C phase
20 15 10
idA idB idC
I/KA
Id(A)
0.05 0.1 仿仿仿仿（s） 0.15 0.2
0
5 0 -5 -10
-5 0
-15 0
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
0.15
0.2
合闸角为-30°，三相一侧涌流波形
5 4 3 2 I/KA A phase B phase C phase
合闸角为-30°，二次差流波形
变压器纵差动保护原理
I1
I1'
Id
KD
' I1' + I2
I2
' I2
图2-1双绕组单相变压器纵差动保护原理接线图
I' I 、2 分别为变压器一次侧和二次侧的电流，参考方向为母 . ⋅ ' 线指向变压器； 1 、2 分别为电流互感器二次电流。流入差动 I I' 继电器KD的差动电流为
' 1
⋅
.
I r = I 1' + I 2' I r ≥ I ste
0.05
0.1 仿仿仿仿（s）
0.15
0.2
合闸角为90 °，三相一次涌流波形 合闸角为90 °，二次差流波形 图4-3变压器一次涌流及电流互感器二次侧差流波形（剩磁不为零）
由上图可以看出变压器在零剩磁情况下不同合闸角的情 况下三相一次涌流的变化情况。以A相为例，在0o合闸时有 最大峰值的一相涌流，但是与差动保护有关的两项差流的最 大值不在0o合闸时发生，而是在合闸角为-30o时。二次差流 波形呈现明显的衰减的趋势，通过频谱分析知道，波形中的 直流分量、基波分量、二次谐波分量等均随时间而衰减，只 是衰减速度的不一。
特点： 1.由于三相电压之间有120° 的相位差，因而三相励磁涌流 不会相同，任何情况下空载投入变压器，至少在两相要出现 不同程度的励磁涌流。 2.励磁涌流可能不在偏离时间轴的一侧，变成了对称涌流 3.三相励磁涌流中有一相或两相二次谐波含量较小，但至 少有一相大。 4.任然有间仿真
（1）仿真模型
图4-1空载合闸励磁涌流仿真
（2）励磁涌流仿真结果
图4-2为A、B、C三相剩磁都为零，不同合闸角时变压器原边电流波 形(一次涌流)图。图中X轴为时间，Y轴为电流，图中所示为5个周期波 形，采样频率为1000HZ，每周期采样20个点
25
5 A phase B phase C phase
图4-3为A、B、C三相剩磁为(0.7，-0.7，-0.7)倍额定磁 通，不同合闸角时变压器一次涌流波形及电流互感器二次侧 差流波形。
6 4 2 I/KA 0 -2
-10 Id(A) 30
A phase B phase C phase