双绕组变压器空载合闸励磁涌流实验与仿真分析

双绕组变压器空载合闸励磁涌流

实验与仿真分析

11电气3班

张晓芳张丹丹朱双双

一、原理介绍

1 什么是励磁涌流

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电流,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几倍，通常励磁电流的最大值可以达到额定电流的4-8倍,并与变压器的额定容量有关。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。

励磁涌流的大小和铁芯饱和程度、铁芯的剩磁和合闸时电压的相角等因素有关。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。因此,工程上对变压器空载合闸这一瞬变过程进行分析计算是很麻烦的,通常要作若干简化,如略去一次绕组的电阻,假定铁芯不饱和且无剩磁。

2 励磁涌流的特点

励磁涌流通常具有以下特点：

(1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波),因此,励磁涌流的变化曲线为尖顶波。

(2)励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关。饱和越深,电抗越小,衰减越快。因此,在开始瞬间衰减很快,以后逐渐减慢。一般情况下,变压器容量越大,衰减的持续时间越长,但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。

(3)励磁涌流的数值很大,最大可达额定电流的4-8倍。

(4)波形完全偏离时间轴的一侧,并且出现间断。涌流越大,间断角越小。

(5)含有很大成分的非周期分量,间断角越小,非周期分量越大。

(6)变压器空载合闸时,涌流是否产生以及涌流大小跟很多因素有关,主要受到变压器铁芯剩磁、合闸角的影响

二、仿真过程演示

三、仿真结果及分析

为了提高仿真效率，仿真算法选为ode23t，仿真时间为2秒

1一次绕组的三相电流波形如下图所示：

由上图可以看出，当A相剩磁通大约在0.3(pu)时合闸，此时励磁涌流达到了1500A。

仿真波形与实际波形基本特征相似，都在合闸瞬间电流值最大，在时间轴一侧，呈指数衰减，在2S左右已经衰减了80%以上。

2 以其中一相电流为例，继续分析其频谱特性，运用电力系统POWER GUI中的FFT 分析工具，对A相电流进行分析，如图6所示。

图6 A相电流频谱分析

由分析结果可以看出，励磁涌流含有很大的直流分量、2次、3次、4次谐波分量，谐波含量随阶数增加而减小, THD达到了73.92%。

四、结论

MATLAB建模简单方便，并可在Simulink环境中高效地进行仿真分析。是一个功能强大的工具箱，可以方便地建立电路、电机、电力传动、电力系统等的各种模型，为系统设计和分析提供了一种有力手段。本文利用SIMULINK对三绕组变压器空载合闸时刻的励磁涌流进行了深入的仿真分析，得出了三相变压器中励磁涌流的波形和谐波特征，对实际工程具有指导意义。