变压器空载合闸瞬态过程的仿真及其在计算机测试系统中的应用

90°时 ,一合闸就建立了稳态电流 ;初相角为 0° 时 ,合闸电流最大 。瞬态合闸电流逐渐衰减为 稳态电流 ,衰减的时间常数由 L / r 决定 。
4 仿真结论的应用
4. 1 变压器空载试验 在连续做一组变压器的空载试验时 ,电压
图 5 变压器空载合闸动态过程的仿真结果
调整好合闸后 ,用计算机测试系统检测其空载 电流时 ,需要加一些延时 ,以保证采集到稳态的 数值 。如果合闸后马上采集数据 ,出现空载电 流偏大时 ,很难判定变压器本身是否有问题 。 目前现场所用的模拟仪表测空载电流可以避开 电流冲击的影响 ,这是因为模拟仪表的惯性较 大 ,不能反映出空载合闸的瞬态电流 。我们在 为北京变压器厂研制的计算机测试系统的调试 过程中 ,就遇到了这类问题 。在软件上加一些 延时和判断后 ,便可解决 。 4. 2 测试感性负载的电流 、功率
即 u1 = 2 U 1sin (ωt + α0) 时 ,根据仿真模 型 ,可以得到 :
2 U 1sin (ωt + α0)
=
ri0
+
L
d i0 dt
图 3 变压器空载时 图 4 仿真模型 的等效电路
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脱扣状态
切换开关动触头的 Y 形臂中性线 切换开关 Y 形臂中性线 ,为裸多股软
15 对主触头之间放电 ,造成变压器二分 线 ,易松散并座落在切换开关相间分接
接间短路故障
接头间 ,在级电压下易击穿放电
切换开关 Y 形臂中性线加包绝缘排
分接开关有局部放电或爬电痕迹 16
紧固件或电极有尖端放电 ,紧固件松 排除尖端 ,加固紧固件 ,消除悬浮放电 动或悬浮电位放电
采用四阶龙格 - 库塔法的算式为 :
i n +1
=
in
+
h 6
(
K1
+2
K2
+2
K3
+
K4)
K1 =
2U L
1
si
n
(ωt
n
+ α0)
-
Lrλn
K2 =
2 U1 L
sin[ω(
t
n
+
h) 2
+ α0 ] -
(
r L
i
n
+
h 2
K1)
K3 =
2 U1 L
sin[ω(
t
n
+
h) 2
+ α0 ] -
(
r L
(6)
式
(6)
表明
,α0
=
π时合闸 2
,磁场的建立没
有经过瞬态过程立刻进入稳态 。此时 ,合闸电
流也达到稳态空载电流 。
当 α0 = 0°时合闸 ,式 (5) 变为 : Φt = Φm - Φmcosωt = Φ″t + Φ’t (7)
式中 Φ″t ———磁 通 的 瞬 态 分 量 , 由 于 忽 略 了 r1 ,所以没有衰减 ,Φ″t = Φm
分接选择器或选择开关静触头支 分接选择器或选择开关绝缘支架材 更换静触头绝缘支架 。纠正分接引线 ,
11 架弯曲变形造成变压器绕组直流电 质不良 ,分接引线对其受力及安装垂直 不应使分接开关受力 。开关安装应垂直
阻超标 ,分接变换拒动或内部放电等 度不符合要求
呈自由状态
连同变压器绕组测量直流电阻时 运行中长期不动作或长期无电流通 每年结合变压器小修 ,进行 3 个循环的
述 。仿真这类系统常用的方法有单步法 (包括
欧拉法 、龙格 - 库塔法等) 和多步法 (包括阿达 姆法) 。龙格 - 库塔法在[ t n , t n + 1 ]上能够预报 出 n 个点的斜率值 , 然后将其加权平均 , 求出 斜率 K 的近似值 ,比较逼近真实系统 。所以仿 真采用龙格 - 库塔法 。
根据变压器空载运行的特点 , 其等效电路 可用图 3 所示电路表示 。 r1 代表一次绕组电 阻 , x 1σ反映了漏磁通的作用 。 rm 反映了铁心 中的铁心损耗 , x m 反映了主磁通的作用 。参数 r1 , X1σ是常数 , rm 和 X m 不是常数 , 随电压变 化而变化 。
仿真模型是从变压器等效电路中得出的 , 如图 4 所示 。 r 代表与变压器空载损耗对应的 电阻 (包括一次绕组及铁心损耗) , x 代表变压 器的电抗 ,它反映变压器的磁通 。
2
U W
1 1
si
n
(ωt
+ α0) d t
(2)
积分得 :
Φ1 =
-
2
U1
ωW 1
coi s (ωt + α0)
+C
= - Φmcos (ωt + α0) + C
(3)
式中 C ———待定积分常数
Fra Baidu bibliotek
Φm ———稳态磁通的峰值 ,Φm = 2ωUW11 积分常数 C 由初始条件决定 。设合闸前
铁心无剩磁 ,即 t = 0 时 ,Φt = 0 。 代入式 (3) 中得 :
数 ,造成空载合闸时产生过电流 。
图 w
1i 当
αn0
=
0°空载合闸时
, 磁通
Φt
的变化
图 2 铁心的磁化曲线
3 变压器空载合闸过程的仿真
3. 1 变压器空载时的数学模型 在变压器中 ,既有电路问题 ,又有电和磁之
间的相互联系 。等效电路是将变压器中电和磁
的相互关系用纯电路的形式直接表示 。
关键词 :变压器 合闸 瞬态过程 仿真 测试系统 应用
Simulation of Transient Process in Switching on Transf ormer when No - Loaded and its Appl ication in Computer Test System
第 34 卷 第 12 期 1997 年 12 月
试验研究
变压器 TRA NSFO RM ER
Vol134 No . 12 December 1997
变压器空载合闸瞬态过程的 仿真及其在计算机测试系统中的应用
张和生 王立文 (北方交通大学 ,北京 100044)
摘要 :分析了变压器空载合闸的瞬态过程 ,对瞬态过程做了仿真 。介绍了数学模型 、仿真算法和仿 真结论及其应用 。
第 12 期
张德明 :有载分接开关 (20)
47
续表 9
序号
故 障 特 征
故 障 原 因
检查与排除方法
运行中分接开关频繁发信号动作 10
油室内存在局部放电源 ,造成气体不 断积累
吊心检查有否悬浮电位放电 ,连线或限 流电阻有否断裂 、接触不良而造成经常性 的局部放电 。应及时消除悬浮电位放电 及其不正常局部放电源
0 = - Φmcosα0 + C
C = Φm cosα0
(4)
空载合闸时与一次绕组交链的总磁通为 :
Φt = - Φm[ cos (ωt + α0) - cosα0 ] (5)
式 (5) 表明 ,合闸时磁通的大小与电压 u1
的初相角 α0 有关 。
当
α0
=
π时合闸 2
, 此时有
:
Φt = Φmsinωt
该计及 r1 的影响 。
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2 6
变压器
第 34 卷
当忽略 i0rj 时 ,式 (1) 变为 :
W1
=
dΦt dt
=
2 U 1sin (ωt + α0)
dΦt =
=
i0 r1
+
W1
dΦ dt
(1)
式中 α0 ———空载合闸时电压 u1 的初相角 Φt ———与一次绕组交链的总磁通 , 包括
主磁通和漏磁通
r1 ———一次绕组电阻
W 1 ———一次绕组匝数
由于 i0 r1 比较小 ,在分析瞬变过程的初始 阶段可以忽略不计 。但是 r1 的存在使合部闸 电流衰减 ,因此 , 在考虑瞬态电流的衰减时 , 应
当测试感性负载如变压器 、平波电抗器等 电感量较大的电流和功率时 ,要考虑施加电压 时所造成的电流冲击 ,尤其在精度要求较高的 测试场合 ,一定要考虑到这一点 。
参考文献
1 沈阳变压器厂. 变压器试验. 北京 :机械工业出版
社 ,1987.
(下转第 47 页)
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12 呈不稳定状态
过的静触点接触面形成一层膜或油污 分接变换 等 ,造成接触不良
切换开关吊心复装后 ,测量连同变 切换开关拨臂与拐臂错位 ,不能同步 重新吊装切换开关 ,将拨臂与拐臂置于
压器绕组直流电阻 ,发现在转换选择 动作 ,造成切换开关拒动 ,仅选择开关 同一方向 ,使拨臂在拐臂凹处就位 。手摇
1995. 3 黄 文 谊. 计 算 机 仿 真. 北 京 : 中 国 铁 道 出 版 社 ,
1990. 4 许实璋. 电机学. 北京 :机械工业出版社 ,1983.
Φ’t ———磁通的稳态分量 ,Φ’t = - Φmcosωt 式 (7) 对应的曲线如图 1 所示 。从图中可
以看出 ,α0 = 0°时合闸 , 磁通 Φt 在合闸后半个
周期 (
t
=
π ω)
时
, 达到最大值
,即
Φtmax
=
2Φm
。
由于铁心具有磁饱和特性 (如图 2 所示) ,
故合闸电流增加的倍数远远超过磁通增加的倍
2 变压器空载合闸的瞬态过程分析
由于变压器铁心存在饱和现象 , 当变压器 空载合闸时 , 可能会出现较大的冲击电流 。空 载合闸时出现的过电流现象是和主磁场的建立 密不可分的 ,所以应首先分析磁场建立的过程 。
当变压器所加电压为正弦波时 , 合闸时变 压器一次回路的电势方程为 :
u1 = 2 U 1sin (ωt + α0)
断轴 17
分接开关与电动机构联结错位或分 接选择器严重变形
检查分接选择器受力变形原因 ,予以 处理或更换转轴 。进行整定工作位置的 判断 ,并进行联结校验
(待续)
张德明 (长征电器一厂 ,遵义 563002)
(收稿日期 :1997 - 04 - 22)
(上接第 27 页)
2 张和生. 牵引变压器 、平波电抗器出厂试验的计算 机测试与控制系统. 北方交通大学硕士学位论文 ,
Zha ng Hes heng a nd Wa ng L iwen Nort hern Jiaotong U niversity , Beijing 100044
Abstract : The t ransient process in switching on t ransformer when no2loaded is analyzed and simulated in t his paper. The mat hematical model , calculation met hod of simulation and t he simulation conclusion are int roduced , as well as it s application. Key words : T ransf ormer , S w itchi n g on , T ransient p rocess , S i m ul ation , Test system ,
第 12 期 张和生 、王立文 :变压器空载合闸瞬态过程的仿真及其在计算机测试系统中的应用 27
即
d i0 dt
=
1 L
[
2 U 1sin (ωt +α0) -
ri0 ]
(8)
初始条件 : i0| t = 0 = 0
3. 2 仿真算法
若对变压器的饱和特性分段线性化 ,变压
器合闸过程可以用连续系统的动态过程来描
器不变的情况下 ,相邻二分接位置直 动作 13
流电阻值相同或为二个级差电阻值
操作 ,观察切换开关是否左右两个方向均 可切换动作 ,然后注油复装 ,并测量连同
变压器绕组直流电阻值 ,以复核安装的正
确性
储能机构失灵
分接开关干燥后无油操作 ;异物落入 严禁干燥后无油操作 ,排除异物
14
切换开关心体内 ;误拨枪机使机构处于
i
n
+
h 2
K2)
K4 =
2U L
1
si n [ω(
t
n
+
h)
+ α0 ] -
(
r L
i
n
+
h 2
K3)
将 L 分段线性化 , 并取步长 h = 0. 001 ,所
得到的仿真结果如图 5 所示 。
3. 3 仿真结论
从仿真图形可以看出 ,变压器空载合闸电
流的大小与合闸瞬间的初相角有关 。初相角为
A pplication
1 引言
变压器空载试验时需要检测变压器的空载 电流 。在变压器例行试验的计算机测试系统 中 ,由于计算机检测的实时性 ,会检测到空载合 闸电流的瞬态过程 , 有时会造成测试数据偏大 于实际的数据而影响试验结果 。本文针对这一 问题做了分析和仿真 , 并实际应用于计算机测 试系统中 。