采用选相位关合技术消除变压器空载合闸的励磁涌流

模型
=Z5 采用选相位关合技术进行空载合闸仿真 选相位关 合 原 则/根 据 变 压 器 三 相 绕 组 内 磁 通 变
化 规 律 及 初 始 时 刻 剩 磁 的 状 态 @选 择 电 压 的 初 相 角 @在 预感应磁通和暂态磁通相等时进行合闸A =Z5Z. 无剩磁的选相位关合策略
响 /容 易 引 起 继 电 保 护 装 置 误 动 2绕 组 机 械 应 力 增 大 及 电 能 质 量 降 低 等 1 如 果 利 用 相 关 的 运 算 法 则 对 铁 芯 通 量 和
剩磁进行计算/选择关合相位角进行合闸可以消除这些暂态影响1通过 345647仿真分析/证明利用选相位角
关 合 技 术 /可 以 消 除 投 空 载 变 压 器 时 的 励 磁 涌 流 1
状 态/这 个 冲 击 性 的 合 闸 电 流 往 往 可 达 额 定 电 流 的 0 芯磁化特性曲线上任意点的斜率和线圈的感应系数成
r’倍s"t1由此可能导致变压器差动保护误动作/绕组 比 例/将 饱 和 曲 线 近 似 看 作 直 线 uY/与 纵 轴 相 交 于 u
变 形 /同 时 降 低 电 力 系 统 供 电 质 量 1
5=
变压器的 暂 态 模 型 较 稳 态 模 型 复 杂@建 立 一 个 适 合各种频率特性的变压器模型是很困难的A
本 文 建 立 如 图 =所 示 的 仿 真 模 型@变 压 器 采 用 [\B] 接 1.. 法@额定容量为/G=L^M>额定电压为/..JB GZ=Y^>额 定 电 流 为 /==.M>频 率 为 /_J‘aQ_RA变 压 器 高 压 侧 接 系 统 @进 行 空 载 合 闸 @对 变 压 器 铁 芯 中 励 磁 暂 态 过 程 进 行 仿 真 A为 有 效 地 观 察 励 磁 涌 流 幅 值 的 变 化 @模 型中电流的增益 =为 b".Bc\A
(.-
0. 112*+3$4."#$%&’()*+,则铁芯中的磁通为/
(5-
2"62$78%()*+,-+(2$78%9+2:-;6 4<..* (=#$6 电 压 峰 值 > ,6 合 闸 瞬 间 电 源 电 压 的 相 位 角 > 26 一 次 绕 组 全 部 匝 数 相 交 链 的 磁 通 量 > 3$6 一 次 绕 组 空 载 合 闸 的 电 流 瞬 时 值 > 0.?4.6 一 次 绕 组 的 匝 数 与 电 阻 @为 常 数 A
STUV WX/YZUV T[. \][/^TUV V_X. ‘a[b/cdZUV Wa[. e]
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?>nH= ;=?@>NN@D=?;= ?FHN:@E;=O >:O@C;?F<j5FHE;<D:>?;@=EIJ 345647 kC@hH?F>??FH?HNF=@:@OJ IJ
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Q电 气 开 关 R’.++6$&B$-(
图 ! 三相剩磁为零时的合闸原理图
图 " 随机合闸励磁涌流波形 图 # 选相位关合后的励磁电流波形
的 励 磁 涌 流 峰 值 有 可 能 达 到 了 !$"%&’%& 为 高 压 侧 的 额 定 电流()改用图 !的 选 相 位 关 合 策 略 进 行 合 闸*可 以 把 励 磁 涌 流 抑 制 在 +$++!%& 以 下*趋 近 于 稳 态 时 的 励 磁 电 流 , 仿 真 分 析 表 明 *利 用 选 相 位 关 合 技 术 *合 闸 后 各 相磁通按照系统电 压 变 化 规 律 进 入 稳 态*可 以 避 免 铁 心 磁 通 饱 和 *达 到 了 消 除 励 磁 涌 流 的 目 的 , -$.$. 有剩磁的选相位关合策略
突 变 /避 免万铁方芯数磁据通 的 饱 和 /从 而 有 效 地 消 除 励 磁 涌 流 的暂态过程1
器 为 例 分 析 /励 磁 涌 流 产 生 的 机 理 /设 外 施 电 压 按 正 弦 规律变化!
f电 气 开 关 g(5JJdZ\8Z=-
!" #$%&’()*+ ,当空载合闸时可列出下列微分方程/
当变压器三相 剩 磁 都 为 零 时@M 相 关 合 的 最 佳 位 置就是在预感应磁通等 于 零 的 时 候@亦 即 是 在 电 压 峰 值点A如图 C所示@当第 M 相关合后@P?e两相的铁芯 磁通不是一个静态值@此时在 P?e两相中就会产生一 个 电 压@此 电 压 是 M 相 电 压 的 一 半@并 且 相 位 超 前 .IJKA 因为磁通是所提供电压的积分@所 以 在 P?e相 中就会产生一个暂态的铁芯通量/
本 文在 分 析 励 磁 涌 流 产 生 机 理 的 基 础 上/研 究 三
" 引言
相变压 器选 相位关 合策 略/建 立 变 压 器 空 载 合 闸 仿 真 模 型/通 过 345647仿 真 对 选 相 位 关 合 技 术 的 可 行
当 变压 器 稳 态 运 行 时/空 载 电 流 仅 为 额 定 电 流 的 性进行论证1
N@=?C@::;=OEM;?NF;=ON>=H:;<;=>?H?FH;=CDEFNDCCH=?EMFH=H=HCO;Q;=O=@.:@>K?C>=EA@C<HCj
oHJM@CKE!=@.:@>K?C>=EA@C<HC8N@=?C@::HKEM;?NF;=O8;=CDEFNDCCH=?8CHE;KD>:A:Dm8345647
剩磁的考 虑/剩 磁 的 大 小 直 接 关 系 到 变 压 器 励 磁 涌流的幅值@目前在讨论 变 压 器 励 磁 涌 流 问 题 时 有 争 议的原始数据就是剩磁A考虑到我国变压器的实际情 况@照顾到大量的 中?高 压 变 压 器@将 剩 磁 的 数 值 选 为 JZ_H JZd2$@若 偏 严 考 虑@剩 磁 值 应 比 JZd2$ 高 一 些 A QGR 仿真过程中变压器三相剩磁根据不同的选相位 关合策略进行取值A
剩磁大小2铁芯结构等因素有关1&#世纪 +#年 代/人 铁芯磁通量增大而迅速增加1
们 开 始 研 究 选 相 位 关 合 技 术 s&/-t/通 过 控 制 合 闸 时 刻 电
因 为励 磁 涌 流 是 铁 芯 饱 和 引 起 的/所 以 我 们 先 分
压 的初相位/使 铁芯中 的 磁 通 在 空 载 合 闸 时 刻 不 发 生 析空载合闸时铁芯中磁通 v的变化1先以一单相变压
关 键 词 !空 载 变 压 器 8选 相 位 关 合 8励 磁 涌 流 8剩 磁 8345647
中 图 分 类 号 !53$"
文 献 标 识 码 !7
9:;<;=>?;@=@AB=CDEFGDCCH=?EIJG@=?C@::HKLM;?NF;=O
PFH=9=HCO;Q;=OR@.:@>K5C>=EA@C<HC
变压器有 剩 磁 的 情 况 比 较 复 杂*本 文 从 以 下 几 个 合闸策略进行研究, -$.$.$/ 快速合闸策略
首 先*我 们 假 设 一 个 典 型 的 情 况*铁 芯 剩 磁 为 012 3+*01435+$607*01839+$607,如图 6所示*2 相 首 先在最佳时刻’电压峰值处(合闸*此时 2 相 铁 芯 中 磁 通 不 会 发 生 突 变*进 入 稳 态 过 程*而 4:8两 相 就 会 立 即 产 生 一 个 暂 态 磁 通 ’参 见 式 ’!((,由 于 预 感 应 磁 通 与 铁 芯磁通的总和必须 为 零*所 以 每 个 工 频 周 期 内 暂 态磁通必定有 .次和预感应磁通相等,依据两个铁芯 柱的剩磁极性*暂态磁通和预感应磁通将在 ;:<两 点 相等*这两点提供了 4:8相在铁芯未饱和时 合 闸 的 时 机,不过 ;点 处 合 闸 时 间 分 散 性 的 影 响 要 比 <点 要 小*因此实际中应选择 ;点 合 闸*即 在 2 相 合 闸 后 /= !工频周期时刻在 ;点处投合 4:8两相,
#j-pq r "#q 1但 当 变 压 器 空 载 合 闸 瞬 间 /由 于 变 压 器 铁 芯 磁通的饱和以及铁 芯 材 料 的 非 线 性 特 性/会 产 生
& 空载合闸过程励磁涌流的产生机理
幅 值 相 当 大 的 励 磁 涌 流 /经 过 一 个 瞬 变 过 程 /达 到 稳 定
变压器铁芯材料具有非线性特性/如图 "所示1铁
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x电 气 开 关 y*&##+jR@j-,
文 章 编 号 !"##$% &’()*&##+,#-. ##&&. #$
采用选相位关合技术消除变压器空载合闸的励磁涌流
唐 博 /彭 安 金 /王 高 丰 /陈 本 理
*西南交通大学电气工程学院/四川 成都 0"##-",
摘 要!空载变压器合闸过程中/当铁芯磁通趋于饱和时/会产生幅值相当大的励磁涌流1这将造 成很 多不利 影