變壓器勵磁涌流的仿真研究

柴勇權

摘 要：對變壓器空載合閘的電磁瞬變過程進行工程計算很復雜。文章利用MATLAB的simulink仿真中的電氣系統模塊庫（sim power systems），為研究分析肇慶大旺電廠水島變壓器空載合閘瞬變過程建立了仿真模型，它可以分析該變壓器在空載合閘瞬變過程中勵磁涌流、磁通以及諧波的變化情況。并對仿真結果進行簡要分析，對研究變壓器空載合閘的瞬變過程有一定指導意義。

關鍵詞：水島變壓器；空載合閘；勵磁涌流；simulink仿真

引言

變壓器空載合閘時，由于鐵芯飽，勵磁電流將很大，最嚴重時可達正常勵磁電流的上百倍（或數倍的變壓器額定電流）。勵磁電流的最大值可以達變壓器額定電流的4-8倍（與變壓器的額定容量有關），這一遠遠超過正常勵磁電流的合閘電流被稱為勵磁涌流。

勵磁涌流的大小與合閘時電壓的相角、變壓器鐵芯剩磁和飽和程度等有關。另外，在變壓器空載合閘瞬變過程中，電壓電流的波形也會畸變，產生諧波。一定的條件下甚至引起電力系統諧振，引起過電壓。

工程上分析計算變壓器空載合閘的瞬變過程非常復雜，一般要作若干的簡化，如假定鐵芯不飽和且無剩磁，忽略一次繞組的電阻等。

文章用MATLAB仿真軟件對變壓器空載合閘的瞬變過程進行仿真分析，展示分析了其磁通、勵磁涌流、諧波等物理量，對工程應用提供了便捷有效的手段。

1 三相變壓器模型仿真

1.1 模型及參數

圖1中部分元件參數以國電肇慶大旺電廠為例：電源額定電壓UN=6.3kV，內部電抗電阻比設為7；水島變壓器型號為SCB10-1600/6.3，參數：SN=1600KVA，繞組聯結方式為Dyn-11，額定電壓為6.3/0.4 kV；增益模塊K1=1/U1Nm，K2=2？仔f/U2Nm（其中U1Nm為一次側電壓的幅值）。增益模塊用于轉換測量量為標幺值。斷路器有一個控制端接計時器，可控制斷路器的分合閘時間，合閘時間0.1S，仿真時間2S。水島變主保護采用比率制動差動保護，采用二次諧波制動來躲過變壓器空載合閘涌流，二次諧波制比為0.2。

1.2 仿真結果分析

為提高仿真效率，仿真算法選為ode23t，仿真時間2s。變壓器A相勵磁電流波形，二次諧波含量標幺值波形，變壓器出口三相短路時的二次諧波與電流波形如圖2-5。

可見，電流涌流波形在合閘瞬間值達到最大，在時間軸一側呈指數衰減。在一定情況下變壓器空載合閘時，二次諧波標幺值最大值小于0.2，而使勵磁涌流引起二次諧波制動式差動保護誤動（二次諧波制比），而適當降低二大次諧波制比，則可有效降低變壓器空投時差動保護誤動的情況。又由仿真圖形可得出，變壓器外部短路時或其他故障擾動時，電流中可能含有少量二次諧波，甚至大于0.2，若二次諧波制比選取過低則會降低內部故障時差動保護的動作速度（等待短路電流中二次諧波含量衰減），故而二次諧波制比不能選取過低，以防故障時保護拒動，一般0.15-0.2為宜。

國電大旺電廠就曾出現過水島變檢修后空載充電時，連續兩次勵磁涌流引起差動保護誤動，延誤了送電時間。后經檢查確認，將系數由0.2改為0.15，效果良好，至今未曾出現過誤動情況。

若空載合閘前變壓器故障已經存在，合閘后故障相為故障電流，非故障相為勵磁涌流，此時差動保護將被閉鎖（任意一相中二次諧波含量大于定值閉鎖保護出口，待二次諧波衰減至低于定值后解除閉鎖）由于勵磁涌流衰減很慢，保護動作時間可能會達幾百毫秒。為了防止這一情況，在空投變壓器之前，必須測量變壓器高低壓對地絕緣以及相間絕緣和繞組的直流電阻。此外我廠干式變壓器（包括水島變）還配置有電流速斷保護與比率制動式差動保護共同作為變壓器主保護（動作值為10IN），當變壓器內部嚴重故障時，不經任何閉鎖和延時直接動作，切除故障。

2 結束語

Sim power system是simulink仿真中一個具有強大功能的工具箱。文章對變壓器空載合閘時的勵磁涌流進行仿真分析，得到變壓器勵磁涌流的波形及諧波特征，為抑制變壓器勵磁涌流、整定變壓器的縱差動保護提供了前提基礎，對今后的工作具有十分重大的意義。

參考文獻

[1]黃紹平，李永堅.基于MATLAB的變壓器空載合閘瞬變過程仿真研究[J].繼電器，2004，32（8）：19-22.

[2]崔芳芳.基于MATLAB的三相變壓器勵磁涌流仿真分析[J].安徽電氣工程職業技術學院學報，2010，15（1）：60-64.

[3]尹呼和.繞組失超電阻對超導變壓器特性影響的研究[D].湖南：長沙理工大學，2009.

[4]袁兆強，凌艷.基于MATLAB的變壓器仿真建模及特性分析[J].電力學報，2007，22（2）：175-189.endprint

摘 要：對變壓器空載合閘的電磁瞬變過程進行工程計算很復雜。文章利用MATLAB的simulink仿真中的電氣系統模塊庫（sim power systems），為研究分析肇慶大旺電廠水島變壓器空載合閘瞬變過程建立了仿真模型，它可以分析該變壓器在空載合閘瞬變過程中勵磁涌流、磁通以及諧波的變化情況。并對仿真結果進行簡要分析，對研究變壓器空載合閘的瞬變過程有一定指導意義。

關鍵詞：水島變壓器；空載合閘；勵磁涌流；simulink仿真

引言

變壓器空載合閘時，由于鐵芯飽，勵磁電流將很大，最嚴重時可達正常勵磁電流的上百倍（或數倍的變壓器額定電流）。勵磁電流的最大值可以達變壓器額定電流的4-8倍（與變壓器的額定容量有關），這一遠遠超過正常勵磁電流的合閘電流被稱為勵磁涌流。

勵磁涌流的大小與合閘時電壓的相角、變壓器鐵芯剩磁和飽和程度等有關。另外，在變壓器空載合閘瞬變過程中，電壓電流的波形也會畸變，產生諧波。一定的條件下甚至引起電力系統諧振，引起過電壓。

工程上分析計算變壓器空載合閘的瞬變過程非常復雜，一般要作若干的簡化，如假定鐵芯不飽和且無剩磁，忽略一次繞組的電阻等。

文章用MATLAB仿真軟件對變壓器空載合閘的瞬變過程進行仿真分析，展示分析了其磁通、勵磁涌流、諧波等物理量，對工程應用提供了便捷有效的手段。

1 三相變壓器模型仿真

1.1 模型及參數

圖1中部分元件參數以國電肇慶大旺電廠為例：電源額定電壓UN=6.3kV，內部電抗電阻比設為7；水島變壓器型號為SCB10-1600/6.3，參數：SN=1600KVA，繞組聯結方式為Dyn-11，額定電壓為6.3/0.4 kV；增益模塊K1=1/U1Nm，K2=2？仔f/U2Nm（其中U1Nm為一次側電壓的幅值）。增益模塊用于轉換測量量為標幺值。斷路器有一個控制端接計時器，可控制斷路器的分合閘時間，合閘時間0.1S，仿真時間2S。水島變主保護采用比率制動差動保護，采用二次諧波制動來躲過變壓器空載合閘涌流，二次諧波制比為0.2。

1.2 仿真結果分析

為提高仿真效率，仿真算法選為ode23t，仿真時間2s。變壓器A相勵磁電流波形，二次諧波含量標幺值波形，變壓器出口三相短路時的二次諧波與電流波形如圖2-5。

可見，電流涌流波形在合閘瞬間值達到最大，在時間軸一側呈指數衰減。在一定情況下變壓器空載合閘時，二次諧波標幺值最大值小于0.2，而使勵磁涌流引起二次諧波制動式差動保護誤動（二次諧波制比），而適當降低二大次諧波制比，則可有效降低變壓器空投時差動保護誤動的情況。又由仿真圖形可得出，變壓器外部短路時或其他故障擾動時，電流中可能含有少量二次諧波，甚至大于0.2，若二次諧波制比選取過低則會降低內部故障時差動保護的動作速度（等待短路電流中二次諧波含量衰減），故而二次諧波制比不能選取過低，以防故障時保護拒動，一般0.15-0.2為宜。

國電大旺電廠就曾出現過水島變檢修后空載充電時，連續兩次勵磁涌流引起差動保護誤動，延誤了送電時間。后經檢查確認，將系數由0.2改為0.15，效果良好，至今未曾出現過誤動情況。

若空載合閘前變壓器故障已經存在，合閘后故障相為故障電流，非故障相為勵磁涌流，此時差動保護將被閉鎖（任意一相中二次諧波含量大于定值閉鎖保護出口，待二次諧波衰減至低于定值后解除閉鎖）由于勵磁涌流衰減很慢，保護動作時間可能會達幾百毫秒。為了防止這一情況，在空投變壓器之前，必須測量變壓器高低壓對地絕緣以及相間絕緣和繞組的直流電阻。此外我廠干式變壓器（包括水島變）還配置有電流速斷保護與比率制動式差動保護共同作為變壓器主保護（動作值為10IN），當變壓器內部嚴重故障時，不經任何閉鎖和延時直接動作，切除故障。

2 結束語

Sim power system是simulink仿真中一個具有強大功能的工具箱。文章對變壓器空載合閘時的勵磁涌流進行仿真分析，得到變壓器勵磁涌流的波形及諧波特征，為抑制變壓器勵磁涌流、整定變壓器的縱差動保護提供了前提基礎，對今后的工作具有十分重大的意義。

參考文獻

[1]黃紹平，李永堅.基于MATLAB的變壓器空載合閘瞬變過程仿真研究[J].繼電器，2004，32（8）：19-22.

[2]崔芳芳.基于MATLAB的三相變壓器勵磁涌流仿真分析[J].安徽電氣工程職業技術學院學報，2010，15（1）：60-64.

[3]尹呼和.繞組失超電阻對超導變壓器特性影響的研究[D].湖南：長沙理工大學，2009.

[4]袁兆強，凌艷.基于MATLAB的變壓器仿真建模及特性分析[J].電力學報，2007，22（2）：175-189.endprint

摘 要：對變壓器空載合閘的電磁瞬變過程進行工程計算很復雜。文章利用MATLAB的simulink仿真中的電氣系統模塊庫（sim power systems），為研究分析肇慶大旺電廠水島變壓器空載合閘瞬變過程建立了仿真模型，它可以分析該變壓器在空載合閘瞬變過程中勵磁涌流、磁通以及諧波的變化情況。并對仿真結果進行簡要分析，對研究變壓器空載合閘的瞬變過程有一定指導意義。

關鍵詞：水島變壓器；空載合閘；勵磁涌流；simulink仿真

引言

變壓器空載合閘時，由于鐵芯飽，勵磁電流將很大，最嚴重時可達正常勵磁電流的上百倍（或數倍的變壓器額定電流）。勵磁電流的最大值可以達變壓器額定電流的4-8倍（與變壓器的額定容量有關），這一遠遠超過正常勵磁電流的合閘電流被稱為勵磁涌流。

勵磁涌流的大小與合閘時電壓的相角、變壓器鐵芯剩磁和飽和程度等有關。另外，在變壓器空載合閘瞬變過程中，電壓電流的波形也會畸變，產生諧波。一定的條件下甚至引起電力系統諧振，引起過電壓。

工程上分析計算變壓器空載合閘的瞬變過程非常復雜，一般要作若干的簡化，如假定鐵芯不飽和且無剩磁，忽略一次繞組的電阻等。

文章用MATLAB仿真軟件對變壓器空載合閘的瞬變過程進行仿真分析，展示分析了其磁通、勵磁涌流、諧波等物理量，對工程應用提供了便捷有效的手段。

1 三相變壓器模型仿真

1.1 模型及參數

圖1中部分元件參數以國電肇慶大旺電廠為例：電源額定電壓UN=6.3kV，內部電抗電阻比設為7；水島變壓器型號為SCB10-1600/6.3，參數：SN=1600KVA，繞組聯結方式為Dyn-11，額定電壓為6.3/0.4 kV；增益模塊K1=1/U1Nm，K2=2？仔f/U2Nm（其中U1Nm為一次側電壓的幅值）。增益模塊用于轉換測量量為標幺值。斷路器有一個控制端接計時器，可控制斷路器的分合閘時間，合閘時間0.1S，仿真時間2S。水島變主保護采用比率制動差動保護，采用二次諧波制動來躲過變壓器空載合閘涌流，二次諧波制比為0.2。

1.2 仿真結果分析

為提高仿真效率，仿真算法選為ode23t，仿真時間2s。變壓器A相勵磁電流波形，二次諧波含量標幺值波形，變壓器出口三相短路時的二次諧波與電流波形如圖2-5。

可見，電流涌流波形在合閘瞬間值達到最大，在時間軸一側呈指數衰減。在一定情況下變壓器空載合閘時，二次諧波標幺值最大值小于0.2，而使勵磁涌流引起二次諧波制動式差動保護誤動（二次諧波制比），而適當降低二大次諧波制比，則可有效降低變壓器空投時差動保護誤動的情況。又由仿真圖形可得出，變壓器外部短路時或其他故障擾動時，電流中可能含有少量二次諧波，甚至大于0.2，若二次諧波制比選取過低則會降低內部故障時差動保護的動作速度（等待短路電流中二次諧波含量衰減），故而二次諧波制比不能選取過低，以防故障時保護拒動，一般0.15-0.2為宜。

國電大旺電廠就曾出現過水島變檢修后空載充電時，連續兩次勵磁涌流引起差動保護誤動，延誤了送電時間。后經檢查確認，將系數由0.2改為0.15，效果良好，至今未曾出現過誤動情況。

若空載合閘前變壓器故障已經存在，合閘后故障相為故障電流，非故障相為勵磁涌流，此時差動保護將被閉鎖（任意一相中二次諧波含量大于定值閉鎖保護出口，待二次諧波衰減至低于定值后解除閉鎖）由于勵磁涌流衰減很慢，保護動作時間可能會達幾百毫秒。為了防止這一情況，在空投變壓器之前，必須測量變壓器高低壓對地絕緣以及相間絕緣和繞組的直流電阻。此外我廠干式變壓器（包括水島變）還配置有電流速斷保護與比率制動式差動保護共同作為變壓器主保護（動作值為10IN），當變壓器內部嚴重故障時，不經任何閉鎖和延時直接動作，切除故障。

2 結束語

Sim power system是simulink仿真中一個具有強大功能的工具箱。文章對變壓器空載合閘時的勵磁涌流進行仿真分析，得到變壓器勵磁涌流的波形及諧波特征，為抑制變壓器勵磁涌流、整定變壓器的縱差動保護提供了前提基礎，對今后的工作具有十分重大的意義。

參考文獻

[1]黃紹平，李永堅.基于MATLAB的變壓器空載合閘瞬變過程仿真研究[J].繼電器，2004，32（8）：19-22.

[2]崔芳芳.基于MATLAB的三相變壓器勵磁涌流仿真分析[J].安徽電氣工程職業技術學院學報，2010，15（1）：60-64.

[3]尹呼和.繞組失超電阻對超導變壓器特性影響的研究[D].湖南：長沙理工大學，2009.

[4]袁兆強，凌艷.基于MATLAB的變壓器仿真建模及特性分析[J].電力學報，2007，22（2）：175-189.endprint