相变压器建模及仿真及MATLAB仿真

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课程设计报告

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4

4励磁涌流 (7)

第二章变压器基本原理 (9)

变压器工作原理 (9)

三相变压器的等效电路及联结组 (10)

第三章变压器仿真的方法 (11)

基于基本励磁曲线的静态模型 (11)

基于暂态磁化特性曲线的动态模型 (13)

非线性时域等效电路模型 (14)

第四章三相变压器的仿真 (16)

4. 1 三相变压器仿真的数学模型 (16)

电源电压的描述 (20)

铁心动态磁化过程简述 (21)

第五章变压器MATLAB仿真研究 (25)

仿真长线路末端电压升高 (25)

仿真三相变压器 T2 的励磁涌流 (28)

三相变压器仿真模型图 (34)

变压器仿真波形分析 (36)

结论 (40)

参考文献 (41)

摘要

在电力变压器差动保护中，励磁涌流和内部故障电流的判别一直是一个关键问题。文章阐述了励磁涌流的产生及其特性，利用 MATLAB 对变压器的励磁涌流、内部故障和外部故障进行仿真，对实验的数据波形分析，以此来区分故障和涌流，目的是减少空载合闸产生的励磁涌流对变压器差动保护的影响，提高保护的灵敏性。

本文在Matlab的编程环境下，分析了当前的变压器仿真的方法。在单相情况下，分析了在饱和和不饱和的励磁涌流现象，和单相励磁涌流的特征。

在三相情况下，在用分段拟和加曲线压缩法的基础上，分别用两条修正的反正切函数，和两条修正的反正切函数加上两段模拟饱和情况的直线两种方法建立了Yd11、Ynd11、Yny0和Yy0四种最常用接线方式下三相变压器的数学仿真模型，并在Matlab下仿真实现。通过对三相励磁涌流和磁滞回环波形分析，三相励磁涌流的特征分析，总结出影响三相变压器励磁涌流地主要因素。最后，分析了两种方法的优劣，建立比较完善的变压器仿真模型。

关键字: 变压器；差动保护；励磁涌流；内部故障；外部故障；波形分析；仿真；数学模型

第一章变压器介绍

变压器的磁化特性

初始磁化曲线

当电流从 0 逐渐增加，线圈中的磁场强度 H 也随之增加，这样

就可以测出若干组 B,H 值。以 H 为横坐标，B 为纵坐标，画出 B 随

H 的变化曲线，这条曲线称为初始磁化曲线。当 H 增大到某一值后，

B 几乎不再变化，这时铁磁材料的磁化状态为磁饱和状态。此时的磁

感应强度 Bs 叫做饱和磁感应强度。这种磁化曲线一般如下图中曲线

所示：

变压器保护

电力变压器是电力系统中大量使用的重要电气设备，他的故障给供电可靠性和系统的正常运行带来严重的后果，同时大容量变压器也是非常贵重的元件，因此，必须根据变压器的容量和重要程度装设性能良好的、动作可靠的保护元件。电力变压器的故障分为内部和外部两种故障。内部故障指变压器油箱里面发生的各种故障，主要靠瓦斯和差动保护动作切除变压器；外部故障指油箱外部绝缘套管及其引出线上发生的各种故障，一般情

况下由差动保护动作切除变压器。速动保护（瓦斯和差动）无延时动作切除故障变压器，设备是否损坏主要取决于变压器的动稳定性。而在变压器各侧母线及其相连间隔的引出设备故障时，若故障设备未配保护（如低压侧母线保护）或保护拒动时，则只能靠变压器后备保护动作跳开相应开关使变压器脱离故障。因后备保护带延时动作，所以变压器必然要承受一定时间段内的区外故障造成的过电流，在此时间段内变压器是否损坏主要取决于变压器的热稳定性。因此，变压器后备保护的定值整定与变压器自身的热稳定要求之间存在着必然的联系。

1)瓦斯保护

对变压器油箱内部的各种故障及油面的降低应装设瓦斯保护。容量为800KVA 及以上的油浸式变压器，对于容量为 400KVA 及以上的车间内油浸式变压器，匀应装设瓦斯保护。当油箱内部故障产生轻微瓦斯或油面下降时，；保护装置应瞬间动作于信号：当产生大量瓦斯时，瓦斯保护宜动作于断开变压器各电源侧断路器。对于高压侧未装设断路器的线路变压器组，未采取使瓦斯保护能切除变压器内部故障的技术措施时瓦斯保护可仅动作与信号。

2)纵差保护或电流速断保护

容量在 10000KVA 及以上的变压器应装设纵差保护，用以反应变压

器内部绕组、绝缘套管及引出线相间短路、中性点直接接地电网侧绕

组和引出线的接地短路以及绕组匝间短路。

3)过流保护

变压器的过流保护用作外部短路及变压器内部短路的后备保护。

4)零序过流保护

变压器中性点直接接地或经放电间隙接地时，应补充装设零序过

流保护。用以提高保护在单相接地时的灵敏度。零序过流保护主要

用作外部电网接地短路的后备保护。

5)过负荷保护

变压器过负荷时，应利用过负荷保护发出信号，在无人值班的变

电所内可将其作用于跳闸或自动切除一部分负荷。

灵敏度高、结构简单，并能反应变压器油面内部各种类型的故障。

特别是当绕组短路匝数很少时，故障点的循环电流虽然很大，可能

造成严重的过热，但反应在外部电流的变化却很小，各种反应电流

量的保护都难以动作，因此瓦斯保护对保护这种故障有特殊的优越

性。

7)纵联差动保护

差动保护是一种依据被保护电气设备进出线两端电流差值的变化构成的对电气设备的保护装置，一般分为纵联差动保护和横联差动保护。变压器的差动保护属纵联差动保护，横联差动保护则常用于变电所母线等设备的保护。

纵差动保护是变压器的电气主保护，由于变压器在电力系统中占有

重要地位，纵差动保护必须满足如下要求：

(1) 能反应保护区内各种相间和接地短路故障。

(2) 动作速度快，一般动作时间不能大于 30ms。

(3) 在变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复期间产生励磁涌流时不