励磁涌流建模与仿真-北京石油化工学院
变压器励磁涌流的仿真研究
变压器励磁涌流的仿真研究对变压器空载合闸的电磁瞬变过程进行工程计算很复杂。
文章利用MATLAB的simulink仿真中的电气系统模块库(sim power systems),为研究分析肇庆大旺电厂水岛变压器空载合闸瞬变过程建立了仿真模型,它可以分析该变压器在空载合闸瞬变过程中励磁涌流、磁通以及谐波的变化情况。
并对仿真结果进行简要分析,对研究变压器空载合闸的瞬变过程有一定指导意义。
标签:水岛变压器;空载合闸;励磁涌流;simulink仿真引言变压器空载合闸时,由于铁芯饱,励磁电流将很大,最严重时可达正常励磁电流的上百倍(或数倍的变压器额定电流)。
励磁电流的最大值可以达变压器额定电流的4-8倍(与变压器的额定容量有关),这一远远超过正常励磁电流的合闸电流被称为励磁涌流。
励磁涌流的大小与合闸时电压的相角、变压器铁芯剩磁和饱和程度等有关。
另外,在变压器空载合闸瞬变过程中,电压电流的波形也会畸变,产生谐波。
一定的条件下甚至引起电力系统谐振,引起过电压。
工程上分析计算变压器空载合闸的瞬变过程非常复杂,一般要作若干的简化,如假定铁芯不饱和且无剩磁,忽略一次绕组的电阻等。
文章用MATLAB仿真软件对变压器空载合闸的瞬变过程进行仿真分析,展示分析了其磁通、励磁涌流、谐波等物理量,对工程应用提供了便捷有效的手段。
1 三相变压器模型仿真1.1 模型及参数图1中部分元件参数以国电肇庆大旺电厂为例:电源额定电压UN=6.3kV,内部电抗电阻比设为7;水岛变压器型号为SCB10-1600/6.3,参数:SN=1600KV A,绕组联结方式为Dyn-11,额定电压为6.3/0.4 kV;增益模块K1=1/U1Nm,K2=2?仔f/U2Nm(其中U1Nm为一次侧电压的幅值)。
增益模块用于转换测量量为标幺值。
断路器有一个控制端接计时器,可控制断路器的分合闸时间,合闸时间0.1S,仿真时间2S。
水岛变主保护采用比率制动差动保护,采用二次谐波制动来躲过变压器空载合闸涌流,二次谐波制比为0.2。
变压器空载合闸励磁涌流抑制技术研究
变压器空载合闸励磁涌流抑制技术研究随着海洋石油越来越多的依托海底电缆电力组网进行边际油田开发,对电力组网的供电可靠性要求越来越高。
通常电力变压器空载合闸时会产生较大的励磁涌流,容易造成变压器差动保护装置和敏感电力电子元器件的误动作,影响电力系统的安全稳定运行等。
针对这一问题,本文运用MATLAB软件对相控开关模型进行仿真和對串并联电阻数学模型进行分析,得出加装相控开关能够明显的抑制投切大容量变压器时产生的涌流。
通过串并联电阻能够加快冲击电流的衰减速度,使得变压器保护装置可以躲过涌流引起的误动作时间。
标签:变压器;空载合闸;励磁涌流;MATLAB一、项目概述中国海洋石油某油田由一艘浮式储油轮和两个井口平台组成。
储油轮作为油田的供电中心,共设置三台透平发电机组,单台机组的额定容量为4632kW,额定功率因数0.8;两个井口平台只设置有应急发电机,正常生产用电由储油轮通过两台4000kV A,6.3/10.5kV的升压变压器升压,然后通过两根海缆(3x50mm2)分别向井口平台供电,至井口海缆长度分别为3km和4.8km,井口平台再通过两台并列运行的4000kV A,10.5kV/0.4kV的降压变压器为平台上用电设施供电。
平台电力系统黑启动时,储油轮上仅有一台透平发电机为井口平台供电,空载投入6.3/10.5kV升压变压器产生励磁涌流导致单台机组关停脱网,必须开启两台透平发电机组才能承受励磁涌流冲击,因此严重影响了油田供电恢复的效率,必须对变压器采取励磁涌流抑制措施,降低对电网的冲击。
二、变压器励磁涌流解决方案1.变压器励磁涌流变压器原边绕组接在交流电源上而副绕组开路时的运行方式叫做空载运行。
变压器二次侧空载时,副绕组流过的电流为0;一次侧流过的电流称为励磁电流,该励磁电流流过一次绕组产生主磁通。
当变压器空载关合上口断路器时,由于合闸相位的随机性以及变压器剩磁的影响,使得铁芯磁通迅速趋于饱和,从而产生幅值很大、频率很高的励磁涌流。
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
电力变压器励磁涌流分析和仿真是电力系统工程中的重要课题之一。
励磁涌流会导致变压器内部的电流波形畸变,进而引起变压器额定电流的超过。
因此,为了保证变压器的安全运行,必须对励磁涌流进行分析和仿真。
Matlab是一款强大的数学建模和仿真软件,适用于多种工程领域。
基于Matlab进行电力变压器励磁涌流的分析和仿真可以使用以下步骤:
1. 建立变压器模型:根据变压器的参数和拓扑结构,利用Matlab建立变压器的等效电路模型。
可以使用不同的模型,如双绕组模型或多绕組模型。
2. 电源模拟:为了模拟励磁源(如励磁变压器或励磁发电机)的输出,并将其连接到变压器模型的一侧,可以使用Matlab 的函数生成正弦波源。
3. 励磁特性模拟:通过在变压器模型中增加励磁特性模块,可以模拟变压器的磁导特性。
可以使用各种励磁特性模型,如线性励磁模型、饱和励磁模型或非线性励磁模型。
4. 动态仿真:将电源和励磁特性与变压器模型连接,并对整个系统进行动态仿真。
可以使用Matlab的ode45函数或Simulink仿真工具来求解变压器模型的动态方程。
5. 结果分析:根据仿真结果,分析励磁涌流的波形、振幅和频
谱。
可以使用Matlab的绘图功能来绘制变压器电流波形和频
谱图。
基于Matlab进行电力变压器励磁涌流的分析和仿真可以帮助
工程师深入了解励磁涌流的特性,并优化变压器的设计和运行参数。
此外,Matlab还提供了丰富的工具箱和函数,可以用
于更复杂的励磁涌流分析,如短路电流计算、降压启动分析等。
基于MATLAB软件的三相变压器空载合闸励磁涌流仿真与分析
网和校内网的隔断。数字矩阵光纤连接网络交换机处理视频数据,并连 接控 制键 盘接 受 控制 命 令。
关薯 诩 :MATLAB 仿真 分析 变压 器 励磁 涌 流
引言:变压器是电力设备供 电系统中很重要的器件,如果变压器 发生了硬件性故 障将会对整个 电力运行系统的稳定 运行带来严重的 影 响 ,特 别 是 在 变 压 器空 载 合 闸 或 外 部 故 障 切 除 后 电压 恢 复 到 正常 值 时,因为铁芯饱和产生很大的励磁涌流 。由于 对变压器励磁涌流的原 理分析比较复杂 ,涉及到 电路原理 、电机学、电磁场、微积分,并且包 含 大 量 的 计 算 和 画 图 。M ATLAB 的 引 入 ,可 以使 励 磁 涌 流 的 分 析 更 加统、简便和直观 。本文运用 MATLAB软件 ,对变压器空载合闸这 一 瞬变过程进行计算机软件仿真分析
4结 语 视频监控系统 从过去的模拟闭路监控 (CCTV),到现在的 “模拟 一 数字”监控系统 (DVR),再到未来的 IP视频监控 (IPVS)。其传输速度、 图像 质量 、存 储 容量 、传输 距 离等 功 能在 不断 的 发展 ,甚 至 可 以和 消 防 系 统 等进 行 联动 增 长 其 效率 ,应 用 的范 围 更加 的 广泛 和 多元化 。这些 的 实 现都需要我们的加入,去共同努力维持现在拓展未来。
参 考 文献 [1】陈龙.智能建 筑安全防范及保障系统fM】.北京:中国建筑工业出版社.
2003:5.
【2】丛书编委会.建筑电气系统安装技术【M1.北京:机械工业出版社.2002:9
单相变压器空载合闸励磁涌流特性的仿真建模及实验分析
铁芯漏磁通很小,X1σ 一般可忽略。不考虑铁芯饱和或在 铁芯饱和之前,式中 i1 和 就为线性关系,其关系如式(2)。
[Keywords]transformer; inrush current; closing angle of source voltage
当变压器空载合闸或掉电后恢复供电时,在变压器原方 绕组中会产生幅值很大的励磁涌流 [1]。励磁涌流一般峰值很大,
可达到一次侧额定电流的 4~8 倍,含有大量高次谐波,易引起 变压器继电保护装置误动 [2]。
目前为止励磁涌流主要有两个研究方向,一个是励磁涌 流识别技术 [3],主要是正确识别电力变压器的励磁涌流。另一 个是励磁涌流抑制技术 [4],主要是探索如何抑制和削弱励磁涌
流。本文针对单相变压器空载合闸暂态过程进行了仿真建模
和实验分析。
1 单相变压器空载合闸暂态分析 如图 1 所示,R1数据及分析利用录波仪记录励磁涌流的波形记下涌流峰值取其绝对值并用标幺值表示作出涌流峰值和电压合闸角之间的关系曲线具体见图5302515500201020406080100120140160180电压合闸角度励磁涌流峰值标幺值图5涌流峰值标幺值与电压合闸角的关系合闸角在0到90之间励磁涌流峰值随着合闸角增大而逐渐减小在90到180之间励磁涌流峰值随着合闸角增大而增大总体呈现一个v字形合闸角越靠近90则产生的励磁涌流越小越靠近0和180励磁涌流则越大
e
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基于MATLAB的三相变压器励磁涌流仿真分析
图 3 三相励磁涌流波形
图 4 空载合闸 0. 1~ 0. 3s 发生短路时的励磁涌流波形
图 5 正常 运行 4. 1~ 4 . 3s发生短路时的 A 相电流波形
图 6 正常运 行 4. 1~ 4 . 3 s发生短路时的 A 相短路电流波形
通过 PSB 中 Powergu i模块中的 FFT Ana ly sis对变压器空载合闸时 A 相励磁涌流波形进行傅立叶变 换 ( FFT )分析, 仿真结果如图 7 所示。 对变压器各种运行情况下的电流波形进行 FFT 分析, 得到变压器各相电流中各谐波所占的比例数 据如表 1、 2 、 3 所示。 62
0 引言 当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时, 由于铁芯饱和会产生很大的励磁涌流, 在最不利 的情形下, 可达到正常励磁电流的上百倍 , 或者说可达到变压器额定电流的 5~ 7 倍。这一大大超过正 常励磁电流的空载合闸电流称为励磁涌流。 励磁涌流的大小和衰减时间与外加电压的相位、 铁芯中剩磁的大小和方向、 电源容量的大小、 回路 的阻抗、 变压器容量的大小和铁芯饱和程度、 铁芯的剩磁以及合闸时的相角等因素有关 。同时, 在变 压器空载合闸这一瞬变过程中 , 电流、 电压的波形也会发生畸变, 产生谐波; 在一定的条件下, 还可能会 引起电力系统谐振, 产生过电压。 本文利用 MATLAB 软件 , 在变压器各种运行情况下进行计算机仿真, 并对所产生励磁涌流的特点 进行分析。 1 MATLAB /PSB 简介 MATLAB 是 M athwo rk 公司推出的一套高效率的数值计算和可视化软件, 适用于多种学科的大型仿
图 2 三 相变压器短路故障模型
3 仿真结果及分析 3 . 1 仿真结果 仿真采用可变步长连续算法中的 ode15s数字积分方式, 仿真时间为 0 . 5s, 仿真参数参考文献 [ 4]。 61
变压器励磁涌流的形成机理与仿真实验_刘文博
湖南工业职业技术学院学报第4期2015年2015-6-9刘文博(1981-),男,福建福州人,福建水利电力职业技术学院,研究方向:电力。
[收稿日期][作者简介]刘文博(福建水利电力职业技术学院,福建永安,366000)变压器励磁涌流的形成机理与仿真实验[摘要]本文对变压器励磁涌流的形成及影响因素进行了分析,结合ATP-EMTP仿真软件,以“路”的观点建立暂态模型,通过改变相关参量,研究励磁涌流的成因与特点。
[关键词]励磁涌流;变压器;电流;磁通;饱和[中图分类号]TM 407[文献标识码]A[文章编号]1671-5004(2015)04-0014-03FomationMechanismandSimulationofExcitationInrushCurrentofTransformerLIU Wenbo(Fujian water conservancy and electric power of Career Technical College,Yong'an366000,Fujian)[Abstract]This paper analyzes the cause and influence factors of excitation inrush current of bining with theATP -EM TP simulation software,the transient model is set up in the “road ”perspective.By changing the relative parameters,the causes and characteristics of excitation inrush current are researched.[Keywords]excitation inrush current;transformer;current;magnetic flux;saturation 1引言电力变压器稳态运行下,励磁电流很小,仅有额定电流的1%-2%,但是在空载合闸并入电网或者外部故障后电压恢复时,会存在数值过大的励磁涌流,该数值会大大超过额定电流的数值,而且波形畸变严重。
三相变压器励磁涌流的MATLAB仿真与分析
三相变压器励磁涌流的MATLAB仿真与分析作者:孙浩黄巍窦增来源:《电脑知识与技术》2015年第27期摘要:在Simulink仿真平台上建立三相变压器励磁涌流仿真模型,对变压器空载合闸投入和外部故障切除后两种情况进行仿真,得出励磁涌流波形,并对其进行快速傅里叶变换(FFT),验证了励磁涌流的波形特点,仿真结果与理论相一致,表明MATLAB软件具有强大的仿真功能,是变压器保护研究和理论教学非常重要的工具。
关键词:变压器;励磁涌流;MATLA中图分类号:TP391 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2015)28-0182-02Simulation and Analysis for Magnetizing Inrush Current of Three Phase Power Transformer by MATLABSUN Hao1, HUANG Wei2,DOU Zeng3(1. College of Information and Control Engineering, Jilin Institute of Chemical Technology,Jilin 132022,China;2. Changchun Power Supply Company , Jilin Electric Power Co. Ltd. ,Changchun 130021,China; 2. Information & Telecommunication Company , Jilin Electric Power Co. Ltd. ,Changchun 130021,China )Abstract: Magnetizing inrush current model of three phase transformer was established on the simulation platform ,in the two cases of no-load input and removed external fault, inrush current waveforms were obtained , and which were carried out the Fast Fourier Transform , and wave shape characteristics of magnetizing inrush current were verified, The simulation results are consistent with the theoretical analysis, and the simulation shows that the software of MATLAB is a good tool to be used to transformer protection research and theoretical teaching.Key words: transformer;magnetizing inrush current;MATLAB变压器励磁涌流是变压器在电压突然增加情况下,如空载投入或外部故障切除后电压恢复时,此暂态过程中变压器可能会严重饱和,所产生的很大的暂态励磁电流[1]。
变压器励磁涌流和绕组故障的仿真分析
变压器励磁涌流和绕组故障的仿真分析变压器是电力系统中常用的电力传输设备,其主要功能是实现电压的变换。
在变压器的运行过程中,励磁涌流和绕组故障是常见的问题。
为了研究这些问题对变压器性能的影响,可以使用仿真分析的方法进行研究。
首先,变压器的励磁涌流问题是指在变压器投入运行时,由于绕组中的磁导率随着电流的增大而减小,导致电流峰值增大,从而引起的磁路饱和现象。
为了研究励磁涌流问题,可以利用电磁场有限元分析软件,建立变压器的三维模型,并考虑绕组和磁芯的非线性特性。
通过对变压器在不同运行条件下的电磁场分布进行仿真分析,可以得到励磁涌流的大小和分布情况。
根据仿真结果,可以对变压器的设计和运行参数进行优化,以减小励磁涌流对变压器性能的影响。
其次,变压器的绕组故障问题是指由于绕组内部的绝缘材料老化或绕组接触不良等原因,导致绕组出现短路或开路的故障现象。
为了研究绕组故障问题,可以利用电路仿真软件对变压器的绕组建立电路模型,并考虑绕组内部的电流分布和电压分布。
通过对绕组故障前后电流和电压的仿真分析,可以得到绕组故障对变压器电气性能的影响。
根据仿真结果,可以制定相应的保护措施,提高变压器的可靠性和安全性。
在变压器的仿真分析中,需要考虑各种因素的影响,如磁耦合、电感等。
此外,还需要考虑变压器的负载情况和运行工况的变化。
通过对不同工况下的仿真分析,可以全面了解变压器在不同情况下的运行性能,并提出相应的改进和优化方案。
总的来说,通过仿真分析的方法对变压器的励磁涌流和绕组故障进行研究,可以为变压器的设计和运行提供科学依据。
通过优化设计和改进工艺,可以提高变压器的性能和可靠性,为电力系统的稳定运行提供支持。
500 kV变压器空载合闸励磁涌流仿真分析
Smart Grid 智能电网, 2020, 10(6), 295-301Published Online December 2020 in Hans. /journal/sghttps:///10.12677/sg.2020.106032500 kV变压器空载合闸励磁涌流仿真分析王彤彤,文俊,靳海强华北电力大学电气与电子工程学院,北京收稿日期:2020年11月8日;录用日期:2020年11月24日;发布日期:2020年12月1日摘要500 kV变压器是连接两个甚至三个不同电压等级的重要电气一次设备。
变压器空载合闸时,由于瞬时电压过大,可能造成变压器铁心饱和,引发严重的励磁涌流现象;同时500 kV变压器容量较大,励磁涌流衰减缓慢。
本文以铜梁地区某一新建500 kV变压器为例,建立了适用于实际工程的变压器UMEC模型,通过PSCAD/EMTDC仿真计算,分析了500 kV变压器空载合闸时合闸断路器、电容式电压互感器、以及变压器励磁特性对励磁电流的影响,并提出了抑制励磁涌流的有效措施。
关键词励磁涌流,空载合闸,励磁特性曲线,500 kV变压器Analysis on Energizing Inrush Current ofNo-Load Transformer in 500 kVTongtong Wang, Jun Wen, Haiqiang JinSchool of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, BeijingReceived: Nov. 8th, 2020; accepted: Nov. 24th, 2020; published: Dec. 1st, 2020AbstractThe 500 kV transformer is an important electrical equipment connecting two or even three dif-ferent voltage levels. When the no-load transformer is closed, the transient voltage increases ra-pidly which may cause the saturation of the transformer core and cause severe inrush current. At the same time, the 500 kV transformer has a large capacity and the magnetizing inrush current王彤彤 等decays slowly. This paper takes a 500 kV transformer which is newly built in Tongliang as an ex-ample, and a typical transformer UMEC model suitable for practical engineering is established. Through simulation and calculation of PSCAD/EMTDC, the effects of closing circuit breakers, capa-citive voltage transformers, and transformer excitation characteristics on the inrush current are analyzed when the no-load 500 kV transformer is closed; meanwhile, measures are proposed to effectively suppress inrush current.KeywordsInrush Current, No-Load Energize, Excitation Characteristic Curve, 500 kV TransformerCopyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言500 kV 电网是我国最重要的电力输送系统,承担着将发电基地发出的强大功率输送至远方枢纽变电站的任务。
北京石油化工学院硕士(博士)生指导教师简介.
北京石油化工学院硕士(博士)生指导生年月
1962.7
任硕导时间
2000年
所在学院
机械工程学院
联系电话
81292134
liulu@
职称
教授
职务
机械工程学院院长
所在学科
机械工程
研究方向
流体动密封技术;节能降耗技术;石油化工管线与设备减振降噪技术;化工装置与管线寿命预测与评估
2003年,刘录教授主持完成的科研项目“SBS车间胶液泵管线防振加固”获北京燕山石化公司技术改造一等奖;2006年,被北京市总工会评为教育创新标兵;曾获得校级“优秀共产党员”、“优秀处级干部”、“青年教师优秀教学奖”、“优秀青年教师”、“科研先进个人”等荣誉称号多次。目前指导硕士研究生6人,目前已经毕业2人,4人在读。
历届学生所做课题介绍
变工况机械密封的理论和实验研究
三相变压器和应涌流的仿真建模与特性分析
三相变压器和应涌流的仿真建模与特性分析摘要:在分析了变压器和应涌流的产生机理的基础上,利用matlab/simulink中的psb仿真模块集搭建了仿真模型并成功产生了和应涌流。
仿真结果验证了分析结论,为和应涌流导致变压器差动保护误动的分析以及认识合应涌流的本质奠定了基础。
关键词:变压器;和应涌流;仿真建模引言在电力系统实际运行中,我们知道当一台变压器空载合闸,由于铁芯磁通饱和,励磁电流激增,波形呈现一种特殊的形式,这种情况下的特殊电流称做励磁涌流。
而此时若有变压器与之并联或串联运行,并联或串联运行的变压器铁芯绕组中也会产生一种特殊的电流,这种电流被电力学术界称为和应涌流。
它的产生机理更复杂,产生后对电网正常运行影响和危害更大,是一种比励磁涌流复杂且难以对付的电气现象。
从国民经济正常生产来说,分析它和研究避免的方式,对电网正常运行和整个国民经济生产,有十分重要的意义。
本文将分析和应涌流产生机理,建立并联和应涌流产生的系统仿真模型,通过对仿真结果分析,总结和应涌流的波形特点、产生因素及其从对电网的运行影响入手,总结避免系统产生和应涌流的防范措施[1-3]。
1 电力变压器和应涌流产生机理[4]从电力系统实际运行总结,如下两种情况将产生和应涌流:(1)两台变压器并联运行,当其中一台变压器a空载合闸,另一台变压器b正常运行,在这种运行方式下, b将会产生和应涌流;(2)运行方式为两台变压器串联运行,当处于线路末端的变压器a空载合闸,靠近电源侧的变压器b将会产生和应涌流。
图1示出了并联运行变压器t1产生和应涌流情况的电气连接图,图中变压器t2处于正常运行状态,变压器空载合闸。
图2示出了串联运行变压器产生和应涌流情况的电气连接图,图中变压器t2处于正常运行状态,变压器t2空载合闸。
根据电力系统实际运行情况,本文以发生和应涌流最多的第一种情况为例,分析并联运行变压器产生和应涌流的机理。
如图2为并联运行变压器等效电路。
基于PSCAD的变压器励磁涌流仿真分析
本文利用 PSCAD 软件搭建了电源—变 压器模型,以单相变压器为例,对变压器空 载合闸进行了仿真,并对所产生的励磁涌流 进行了分析,具体模型见图 1。
图 1 单相变压器励磁涌流仿真模型 Fig 1 a simulation model of inrush current
2.1 合闸角度对励磁涌流的影响 由于励磁涌流的波形随变压器合闸角 的不同而改变。在此模型中,变压器通过断 路器 BRK 与电源相连,通过调整断路器的 合闸时间来控制合闸角度,从而得到不同合
0.160
0.180
0.200
0.220
. . .
(c)α=60°
(d)α=90°
图 2 不同合闸角度对励磁涌流的影响 Fig 2 different close times
合闸角度不同对励磁涌流的影响从图 2 我们可以看出,合闸角在 0~90°变化的过 程中: (1)α=90°时 如果在合闸瞬间电压正好达到最大值, 则磁通的瞬间值恰好为零,即在铁芯里开始 就建立了稳态磁通,和稳态时情况一样。此 时励磁电流很小,一般不超过额定电流的 2 %~10%。在这种情况下,不会产生励磁涌 流。 (2)α=0°时 如果在空载合闸时,恰好在电压瞬时值 u=0 时接通路,则铁芯中应该具有磁通-Φm, 但是由于铁芯中的磁通不能突变,既然合闸 前铁芯中没有磁通,这一瞬间仍要保持磁通 为零。因此,在铁芯中就出现 1 个非周期分 量的磁通,其幅值为 Φm。这样在经过半个 周期后,铁芯中的磁通就达到 2Φm。如果铁 芯中的磁通还有剩磁磁通将达到 2Φm+Φr。 此时变压器的铁芯严重饱和,励磁电流将急 剧增大到稳态值的几十倍,即可能达到额定 电流的 8~10 倍。
表 1 直流电流与剩磁的关系 Tab 1 the simulation of Br
基于Matlab软件的电力变压器励磁涌流仿真及分析
流产 生 的机理 ,通过 建 立 M t a a l b仿 真模 型对 励磁 涌流 的有 关性质 进行 了分析 论证 ,并 阐述 了励磁涌 流对 变压器 差动保 护 的影响 。给 出了从 励磁涌 流 的识别及 削弱等 方面改 善变压器 差动保护 的一 有 益
结 论。
关键词 : 电力变压器 ;励磁涌流 ;M t a a lb软件 中图分类号 :T 4 M1 文献标识码 :A 文章编号 :i0 — 15 2 1) 5 0 3 — 4 0 7 3 7 (0 2 0 — 0 10
0 引 言
随着 电力 系统 中线路 增加 ,电压等 级提 高 ,大 容量 变压器 陆续投入 使用 ,对 变压 器保 护装 置 的正 确 动 作也提 出了更 高 的要 求 。 目前 ,现场 运 行 的变 压 器主 保护 大 都采用 纵联 差动 保护 。纵 联差动 保护 原理 简单 ,动 作灵敏 ,通 过变 压器 两侧 电流 形成 的
差 动 电流大 小对 内部故 障与外 部故 障加 以区分 。但 由于变 压器 铁 芯饱和 的非 线性 ,可 能会 使变压 器在
基 于 ta 软件 的电力变 压器黝磁 涌流仿真及分析 lb
电工 电气 (0 2 . 2 1 5 No )
基 于M t b a 软件 的 电力变压器励磁涌流仿真及分析 I a
黄力 ,刘苇苇
( 1三峡 大学 电气与新能 源学院,湖北 宜 昌 4 3 0 ; 402 2 宜昌供 电公 司 变电检修 中心 ,湖北 宜昌 4 0) 4 05 3 摘 要 : 变压器 空载投 入时会产 生励磁涌 流 ,它会 影响继 电保护装置 的正确动作 。介绍 了励磁涌
Si ulto n n l ss0 ct to nr s r e f we m a i n a dA a y i fEx ia i n I u h Cu r nt0 P0 r
MATLAB在建立励磁涌流及短路电流的仿真模型应用研究
表 1 三 相 变 压 器 仿 真 参 数 设 置
流 的新 方 法 , 依 据 磁 通 特 性 _ 等 值 电 路 参 如 引、 数l、 4 负功 率方 向 j涌流 波 形 】励磁 阻抗 l 等 来 j 、 、 7
识别 励磁 涌流 。 目前 国 内设 计变 压器差 动保 护装 置 主要 是 基于 间断 角 原理 和 二 次谐 波 制 动 原理 。 所有 实 现变压 器保 护 的新 方 法 , 要 用仿 真结 果 验 需
模型 , 确定 各项 参 数 , 然后 将 它们 正 确 连 接 , 可 以 就 很便捷 地 建立 起仿 真 模 型 , 中主要 涉 及 变 压器 模 其 型的 选择 。 由于技 术 原 因 , 现在 大 容 量 超 高 压变 压
器 为 了运输 的方 便 都制 造 成 单 相 变压 器 , 文采 用 本 三台单 相 变 压 器 , 照不 同 的接 线 方 式 如 : 0 A , 按 Y/ Y / Y A, Y 0 Y, / A/ 0对 空 载合 闸 时励 磁 涌 流 和 内部
此依 据所 要实 现 的 目标 选 取 元件 模 型 , 定 各 项参 确 数 , 后将 它 们正 确连接 , 可 以很 便捷 地 建立起仿 然 就 真模 型 , 获得 取得仿 真数 据 。
器
2 0×1 厅 0 0 2 2 0/ .o
绕
组
10×1 3 O o2 1 0/ - .0
0 0
O O .8
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2 建 立 仿 真 模 型
在 以往 的模 型 中 , 多数 采 用数 字 建模 的方 法 大 建立 模 型 , 然后 利 用 计算 机 程 序 解微 分 方 程 来 求解
变压器励磁涌流检测模型
中国石油大学胜利学院综合课程设计总结报告题目:变压器励磁涌流检测模型学生姓名:张栋系别: 111111111 专业年级: 2222222222222班指导教师:王…2012 年6月 15 日一、设计任务与要求1、培养学生文献检索的能力。
2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。
3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。
4、提高学生课程设计报告撰写水平。
设计要求:1、自主学习电力系统仿真软件matlab,提高自学能力;2、利用仿真软件搭建电气工程专业领域内相关知识点的仿真模型;3、对模型进行调试,提高自我解决问题能力;4、利用相关知识通过仿真后得到的波形或数据对仿真模型的正确性进行必要的验证二、方案设计与论证变压器的励磁涌流(激磁电流)仅流经变压器的某一侧。
稳态运行时,变压器的励磁电流不大,只有额定电流的2%-5%。
当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复的情况下,则可能出现很大的励磁电流即励磁涌流。
这个现象的存在是由于变压器铁心饱和及剩磁的存在引起的,我们通过仿真模型建立在通电瞬时的电流变化图形。
本设计所采用的模型为:以10KV系统通过10/0.4型变压器原理图为:分析:选择变压器型号为:S9-(100)/10(6)变压器的有关参数计算如下:Ω===20100S %21X N 21'2NK U U XΩ====7.352000x0.10.30x101000S 21R 22N 21'2N K U P R ()Ω===0.0120.4107.35R R 22'22R Ω==0.032KX 2'22Xs 0.00001471000U P G 2NT ==0.00004100U %I B 2N0T ==NS 33m 1024.8101.86-1R ⨯+⨯==+j jB G jX TT m基准电阻抗:Ω===10000.110Z 22B B BS U标幺值为:0.00735R 11==*BZ R 0.000012R 22==*BZ R 0.02X 1=*0.000032X 2=* 运用matlab/simuliink 软件进行试验模拟仿真,在电源的正玄波运行到电压过0点时断路器突然合闸励磁电流的变化现象,利用示波器观测电流变化情况并进行统计分析。
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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)外部短路如果变压器各侧以流入变压器的电流为正方向,如图1(a)所示发生外部短路时流过变压器的短路电流是从上往下流的,流入差动继电器中的电流为,即=0,此时差动继电器不动作。
(2)内部短路变压器内部发生短路时,如图1(b)所示。
这时电流实际方向与规定的正方向一致,且幅值均较大,流入差动继电器的电流就等于短路电流,即=,差动继电器可以动作切除故障。
(a) 外部短路(b)内部短路图1 变压器纵差保护原理接线图3 变压器差动保护建模与仿真3.1 励磁涌流建模与仿真仿真模型中的电源、变压器、负载参数如下:电源参数:无穷大功率电源U N=10000V,60HZ。
变压器参数:S N=250MVA,60HZ,一次侧电压10000V,绕组阻抗810-4Ω,绕组电抗8.488310-5H,二次侧电压400V,绕组阻抗1.2810-6 Ω, 绕组电抗1.358110-7H ,磁阻200Ω,磁抗0.53052H。
负载:有功功率1MW,感性功率100var,容性功率100var。
搭建的励磁涌流仿真模型如图2所示。
该模型由三相断路器控制开合闸时间,三相变压器的副边绕组开路(即空载),设置三相断路器在0.02s 时合闸,相当于变压器空载投入运行,此时变压器原边绕组会产生较大的励磁涌流。
设置总仿真时间为0.2s,仿真算法采用ode23tb。
励磁涌流K K的仿真波形如图3所示。
图2 励磁涌流仿真模型图3 励磁涌流仿真波形(a) A 相励磁涌流FFT 分析(b) B相励磁涌流FFT 分析(c) C相励磁涌流FFT 分析图4 变压器励磁涌流FFT 分析通过图4所示变压器励磁涌流FFT 分析可知,励磁涌流包含有很大成分的非周期分量,使涌流偏于时间轴的一侧。
由于励磁涌流可达额定电流的6~8倍,包含有大量的高次谐波分量,并以二次谐波为主,因此对纵差动保护的影响很大。
一般情况下二次谐波的含量不低于基波分量的15%。
波形出现间断,间断角θj一般大于60°。
励磁涌流的波形与合闸瞬间电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、变压器容量的大小、铁芯材料的性质和磁化曲线、变压器的饱和磁密、合闸回路的阻抗和时间常数等因素有关。
3.2 三相变压器差动保护仿真分析数字式变压器微机差动保护一般由启动元件、谐波制动元件、差动元件、差动速断元件组成。
(a)故障模型(b)保护模型图5 差动保护故障与保护仿真模型研究中所建立的变压器故障和保护装置模型如图5所示。
一般电力系统继电保护是基于电流、电压基频分量来实现。
但是由于故障时电流和电压量中含有大量的暂态分量(非整次谐波、非周期分量等),不利于保护的判断,因此微机继电保护装置中必须有滤波算法消除这些分量的影响。
微机保护中通常采用傅立叶算法。
通过3.1节仿真可知,三相变压器空载合闸时产生的励磁涌流中含有大量高频分量,二次谐波含量最多,而在短路电流中二次谐波含量很少,因此可以利用二次谐波的含量来构成制动原理,其判据如下:(2)式中-表示差动电流中的基波分量和二次谐波分量,2-二次谐波制动系数,由变压器实际决定,一般取15%~20%。
差动保护采用两折线比率制动特性的差动保护,其动作方程可表示为:(3)(4)式中——差动电流d=;/2;启动电流;拐点电流;——分别为变压器原边、副边绕组电流互感器的二次电流带比率制动特性的差动保护,引入外部短路电流作为制动量,使差动保护的动作电流随外部短路电流增大而增大,提高差动保护的可靠性。
当发生内部故障时,制动电流很小,差动电流很大,因此差动保护具有很高的灵敏性。
3.2.1区外故障及保护设置三相故障2为三相短路,故障时间设置为0.1~0.2s,三相短路故障电流如图5(a)、(b)所示,动作信号如图6所示。
(a)一次测电流(b)二次侧电流图5 区外故障时变压器一、二次电流图6 区外故障时保护装置动作信号3.2.2区内故障及保护设置三相故障1为三相短路,故障时间设置为0.1~0.2s,三相短路故障电流如图7(a)、(b)所示,动作信号如图8所示(a)一次侧电流(b)二次侧电流图7 区内故障时变压器一、二次电流图8 区内故障时保护装置动作信号从图7,图8中仿真曲线可以看出,变压差动保护中,区外故障时,保护装置不动作,而区内故障时,保护装置发出动作信号,保护装置动作。
此外,本文也对变压器的过流保护、接地保护进行了建模与仿真分析,仿真分析结果与理论吻合,此处不再赘述。
4 结论与展望不断发展的电力系统对电力变压器保护提出了更高的要求。
微机保护和传统的继电保护相比,具有较高的灵活性和可靠性,调试方便,同时还增加了故障录波、故障测距、事件顺序记录、通讯等附加功能,微机保护已经成为电力系统继电保护的发展方向。
本文介绍了变压器微机保护原理及系统构成,并运用MATLAB/Simulink软件搭建了变压器故障和保护的仿真模型,对变压器各种故障和保护进行了深入的仿真分析,重点分析了作为变压器主保护之一的差动保护原理、影响差动保护误动的主要原因和相应的解决方法。
同时也利用MATLAB/Simulink仿真平台,建立了变压器差动保护、过流保护以及接地保护的故障仿真模型,仿真结果证明了所建立的仿真模型的正确性与有效性。
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