发布时间 : 星期六 文章基于Matlab电力变压器励磁涌流的分析和仿真更新完毕开始阅读
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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。
ΦΦxSX
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：
0iμu1?2U1sin(?t??)
1
式中?为变压器的合闸初始相位角。
Φi1u1~N1N2
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??i1r1?2U1sin??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??2U1sin??t??? （2） dt2U1cos?(t???)C （3） ?N1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： ??2U1[cos??cos(?t??)]??m[cos??cos(?t??)] （4） ?N1?m?2U1 ?N12U1cos? ?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u1?2U1时合闸）。由式（4）可得： 2? ????mcos(?t?)??msin?t （5）
2（1）在电压初相角??2