基于ATP数字仿真的变压器励磁涌流和内部故障的研究

中 的 9 6 型非 线 性 磁 滞电 感 要 求用 户 提 供 提 供 的 支持 子 程 序
出并 进行 � � A � 数字 仿真 基于 � 的 磁 滞 特性 曲 线 A
器数字仿真模型的建立
E E I 以 磁滞 曲线 饱和 点 的电 流和 磁通 作 为
1 2
如何有 � 效抑 制励 磁涌 流对 变压 器的 影响 磁回线 数据 直接 或通 过文 件输 入 正是 在此 问题 上提
方便 用户 根据 不
� 同的涌 流初 始条 件调 整相 应的 参数 是相 关工 程技 术人 员亟 需解 决的 问题 本 文对 变压 器励 磁涌 流和 内部 故障 的研 究
A H
第
卷第
期
� � � � � � � � � � � � -
年 月 � � � � � � � � � � � � � � -
基于
数字 仿真的变压器励磁涌流和内部故障的研究
� � �
阙小生 � 黎功华
�
张永记 � 尹志宇 �
� (1 . 厦门超高压输变电局 � 福建 厦门 3 6 1 0 04 2 四川省电力咨询公司 四川 成都 40 32 00
图2 变压器互感支路模型
无需 零序
� � � � 5
� 1 台 三相 双 绕组 变压 器可 由 阶 支 路电 阻 矩阵 � � � � 和 阶支 路电感 矩阵 表示
图1
变压器励磁涌流仿真模型
内部故 障 目前 超 高压系 统大 都采 用 3 个单 相变 压器 构 使变 压器 发生 相间 短路 故障 的 造 1 个三 相变 压器
随着 超高 � 压电 网的 发展 大 容量 变压 器的 应用 的绕组 的磁 通为 铁芯 磁通
因 为该 绕组 的漏 磁取 较
日益 增多 � 对 变压 � 器保 护运 行的 可靠 性和 快速性 提 小值 这与 实际 情况 相符 因 此 考 虑到 低压 侧线 圈 出了 � 更高 的要 求 变压 器在 空载 合闸投 入电 网时 由 一般 更 靠 近 铁 芯 本 文 将 非 线性 电 抗 元 件 (采 用 9 6 于变压器铁芯磁通的饱 � 和及铁芯材料的非线性特 型 加 到低 压侧 线圈 端来模 拟饱 和效 应 � 性 会产 生幅 值相 当大的 励磁 涌流 可 能导 致变 压器 在A 中 9 6型 非线 性电 抗元 件带 饱和 磁滞 效 差动 保护 误动 作 同时 � 造成绕 组变 形 从而 缩短 变压 应 其 考虑 了变 压器 铁芯的 主磁 环特 性 用户 可将 励 器寿 命
实 际运 用中 文 献� 3 认为 最靠 近变 压器 铁芯 在利 用 A 进 行变 压器 仿 真计 算 时 需注 意 选
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取变 压 器 类 型
对� 于 三相 变 压 器 仿真计 下 面以 三相 双绕组 变压 器为 例
对上 述原 理加
� 算时 需输 入零 序数 据 而 变压 器制 造厂 家通 常不 做 以 详细 说明
.
励磁 涌流 � � 统一 因此 本文 采取 文献 2 提 出的 方法 来确 定饱 和
变压 器空 载投 入或 故障 切除 时 其励 磁电 流瞬 � � � � � 磁通 首先 由变 压器 空载 励磁 试验得 到 曲线 时值 可达 空载 电流 的上 百倍 此 励磁 电流 瞬时 值即 � � � � � � � 然后 利 用 A 提 供的 支 持 子 程序 A A I 励磁 涌流 励 磁涌 � 流主 要是 铁芯 饱和 所致 因此 模 曲线 转化 为相 应 的 � 曲 线 � � � 其准 确度 � 程序的 输入 求 取所 需的 磁滞曲 线 把 最 后把 该程 序 输
概率 大大 减少 同时 为提 高变 压器 耐受 冲击 电压 的 性能 普遍 采用 纠结 式线 圈 以 增大 变压 器绕 组线 圈 的纵 向电 容 降低雷 电冲 击电 压在 绕组 产生 的电 位 梯度 工艺 的改 进虽 提高 了变 压器 的耐冲 击性 能 却 增加 了变 压器 绕组线 圈的 复杂 程度 和变 压器 匝间 短 � � � 式中 图 2 中 各线 圈的 电阻 1 路的 概率 另 一方面 系 统运� 行数 据表 明 目 前的 变 � � � 各线 圈自 感 � 1 压器 故障 除了 由于外 部故 障冲 击电 流造 成变 压器 机 � � � � � � � 线圈 与线 圈 的 互感 � � � � 1 2 � � 械损 坏和 变压 器铁芯 本体 损坏 等原 因外 内 部故 障 � � � � � � � � 1 2 � 的匝 间短 路占� 了较大 部分 而 不少 单相 接地 故障 是 图 2 所 示的 三相双 绕组 变压 器发 生端 部匝 间或 由匝 间故 障发 展而来 � 匝 地短 路时 文献 5 提 供了一 种适 用于 分析 和研 究变 压 不 论短路 发生 在原 边绕 组还 是副 边绕 � 组 都相 当于 在某 一线 圈引 出一 个分 接头 发生 匝间 器保 护性 能 的变 压器 模 型 的 子程序 � 短 路故 障 分 接头 与端 部短 接在 一起 发生 匝地 短路 可根 据变 压器 在额定 频率 的空 载试 验和 短路 试验 的 � 故 障时 分接 头直 接接 地(如 图 3 所示 )由 于变 压器 数据 计算 代表 两绕 组变 压器 的线 性阻抗 矩阵 在 建 � 的 线圈 通过 磁场相 连 当变 压器 发生 匝间 或者 匝地 立模 型时 可将 故障 的绕 组分 成几 个线圈 然 后计 算 � 短 路故 障时 故 障线圈 的结 构以 及线 圈之 间磁 场和 相应 的阻 抗矩 阵 一 旦新 的阻 抗矩 阵被 确定 即可 使 电 场都 会发 生变化 从而引 起变 压器 参数 变化 因 用� 的互 感支 路仿 真变 压器� 的各种 内部 故障 这 此 在 变压 器发 生匝间 或匝 地短 路故 障的 暂态 过程 种模 型能 模拟 不同位 置 不同 类型 的匝 间短路 故障 � 仿 真中 关键 技术 在于 故障 后变 压器 参数的 确定 匝间 短路 时 短 路匝 越靠 近绕 组的 两端 匝间 短
拟铁 芯的 饱和 作用 � � � � 直接 � 影响 � � 励磁 涌流 的仿真 波形 及 出的倒 数第 2 个点 看成 饱和 点 作 为 H E E I
A
中
变压 器模 型的 饱和 通过 在线 性变 压器
本文采用 A
建 立 的变 压 器 励 磁 涌 流 仿 真 系
模型 的相 应节 点添 加非 线性 电感 实现 理想 情况 下 � � � � � 统 模 型 如 图 1 所 示 BC A 作 为 一 个 模 型 非线 性电 抗元 件应 接在 线性 变压 器等 值电路 的端 部 � � A D 在 其转 换的 数据 卡中 直接 生 成 节点 磁通 同 时该 节点 电压 的积 分要 等于 变压 器铁芯 的 者 矩阵 矩阵 或
摘要 � � 介绍 了变 压器 � 励磁涌 流和 内部 故障 的仿 真方 法与 过程 给出 仿真 波形 对 结果 进行分 析 提出 进一 步提 高继电 保护 准确 性的 方法 关键词 �励 磁涌 流 匝 间故 障 仿真 波形
� � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � � , � � � � � � � � � � � � � . I . � � � 中图分 � � � � 类号 � � � �� � � � � �� � 文献 标识 码� 文章 编号 � � � -
正 常情况 下的 三相 双绕 组变 压器 可视
零 序 试� 验 铭牌上也 � 就没有相应的数据 为了仿真 为 条 存在 互感 的支路 如 图 2 所示 变 压 器 对称 励 磁 涌 流 本 文 采 用 三 单 相 变 压 器 组 在仿真 计算此类型变压器时 数据 图 1 主 要 是针 对 变压 器 的励 磁 涌流 外 部 故 障 的模 型 路故 障 过直 接修 改 对于 目前变 压器 常见 的匝 间短 路和 匝地 短 并 没有 提供 可直 接使 用的 模型 但可 通 生成 的矩 阵进 行仿 真