（电力系统及其自动化专业论文）变压器差动保护及励磁涌流的研究.pdf

a b s 缸a c t 1 h sp 印e rm a i l l l yf o c i l so nm ed i 如r e 以a lp r o t e c t i o nf o r 打纽s f 0 册e lt h em a i n c o m e n t s 晰嬲f o l l o w i n g ： ( 1 ) w b 姐a l y 让恰e 饿c t so fp r o t e c t i o ns e l l s m v i t y 丘0 mu n b a l a i l c e dc u 玳m t 1 嘲l s e db ya 蜘s t i n gm e 吮l s f o r 眦r0 n l o a d1 印c h a n g e r ( o l t c ) a i ：c 饼d i n gt o 也e 磷l e n 伽n ao f 由m a m i ce x 锄t n 砒油，w ea 姒i y s e st h ev e c t o ro f 也e 锄b a 】锄c e dd i f f b r e n t i a lc u r r e n tc 棚e db ya 由u s t i n gt l l e 打龃s f o 瑚e ro n l o a d1 印 c h 锄g e r ( o l t c ) 锄dt h ev e c b o ro fd i 盛船1 t i a lc u r r e r l tc 哪e db yi n t e 哪lr e s i s t a n c e g r o u n d 伽t ，t 1 1 e n i “s p o i n t e d o m t l l a t m o v i n g u p o r d o w n l c o l t c 谢l l i n c r e 鹊e t l l e u n b a l 锄c e dd i 舾伽i a lc 峨n t ，b u tm e yh a v ed 旅r e n t 枷u 髓c e0 nm cs e n s i t i v 蚵 f i n a j i y 跹e x a m p l e i s 西v e n t o s h o w t h e d i 虢咖t 砌u c n c e ( 2 ) 1 k r e a r et w ot r a n s f 0 1 m a t i o n sa sd e l 诅- s t a ra n ds 缸d e l 饥t h 沁p a p e rc a r i 沁s o u tai i l i t i a lr e s e a r c ho nt h ea f f b c t i o no f m et w o 廿a n s f o r m a ：c i o n st od i s t i n g u i s hi n m s h k e yw o r d s ：d i 舵r e 】眦i a lp r o t e c t i o n ，i r l r u s h ，t r 眦s m i s s i o n ，o i t c 2 第一章绪论 1 1 本课题的意义 继电保护在电力工业中有着特殊的重要地位。随着电力工业的发展，发电 机组单机容量和变压器容量不断增大，从电力系统安全生产的客观需求出发，对 大型机组继电保护技术提出了更高的要求。电力变压器是电力系统中普遍使用的 重要元件之一，它广泛应用于在电力系统的发电、输电、配电等各个环节，因而 其安全运行关系到整个电力系统能否连续稳定的工作。同时大容量的电力变压器 也是十分贵重的元件，因此必须根据变压器的容量和重要程度并考虑到可能发生 的各种类型的故障和不正常工作的情况，装设性能良好、工作可靠的继电保护装 置。 纵差保护是变压器的主保护之一。评价变压器纵差保护性能优劣的指标之 一是其反应高阻接地故障及匝间故障的灵敏度。在变压器差动保护动模试验中， 调节变压器分接头时，发现在不同工况下，其反应高阻接地故障与匝间故障的灵 敏度是不同的。并且发现变压器y 侧区内发生单相高阻接地故障时，高压侧向下 调节分接头时，保护从不拒动；但是向上调节相同比例分接头时，保护居然出现 了拒动现象。 针对动模试验中发现的现象，从理论上对这个现象的本质进行深入研究， 希望能给以后的动模试验提供一些参考依据。 目前，变压器励磁涌流的研究中主要使用二次谐波制动原理，间断角原理， 波形对称原理等方法。微机保护中一般有y 侧向侧变换，和侧向y 侧变换两 种方法。y 侧向侧变换中，进入c t 的电流是相问电流。相差使每相都受到其 他相的干扰，所以按相闭锁困难。本文则是从另一个角度出发，从三角形侧向星 侧变换，探索按相闭锁的可能性。 1 2 本课题所做的主要工作 ( 1 ) 对变压器故障类型、变压器差动保护、微机保护、a t p 仿真软件进行 了概述 ( 2 ) 针对分接头调整对区内单相高阻接地故障灵敏度有影响的情况，从模 型建立，理论分析，公式推倒，仿真验证方面入手，分析了向上、向下调节变压 器分接头导致的不平衡电流的具体方向，当y 侧区内发生单相高阻接地故障时， 不平衡电流对纵差保护灵敏度的其体影响。得出了明确结论。 ( 3 ) 比较三角形侧向星侧变换方法与及星侧向三角形侧变换两种方法对鉴 别励磁涌流的差异和优劣。从模型建立，仿真波形中总结规律，进行初步探索。 6 第二章电力系统的继电保护 2 1 电力变压器的故障类型、异常工作情况和继电保护方式 电力变压器是电力系统普遍使用的重要电气设备。承担升压、降压的重要任 务。它的安全运行直接关系到电力系统供电和稳定运行，特别是大容量电力变压 器一旦因故障而损坏，将直接威胁电力系统的供电可靠性和电网的安全稳定运 行，导致严重的经济损失。因此必须针对电力变压器的故障和异常工作情况，根 据其容量和重要程度并考虑成本因素，装设动作可靠、性能良好的继电保护装置 来保护变压器，保证电力系统的安全稳定运行。 2 1 1 变压器的故障类型 变压器故障是指变压器邮箱外部的故障。 变压器油箱内部的故障包括绕组的相问短路、匝间短路和中性点接地系统侧 的接地短路。这些故障由于短路电流的热效应，将产生的高温电弧，不仅烧坏绕 组绝缘和铁芯，而且会导致绝缘材料和变压器 x 故障变压器或将异常情况发信号给调度人员，从而采取措施使变压器恢复到正常 工作状态。并能作为相邻元件( 如母线、线路) 的后备保护。根据有关规定，变 压器应该装设一下继电保护装置。 ( 1 ) 反应变压器油箱内部各种短路故障和油面降低的瓦斯保护。对容量在 o 4 m v a 及以上油浸式变压器应该装设瓦斯保护。 ( 2 ) 反应变压器绕组或引出线相间短路、中性点直接接地系统侧绕组或引出 线的单相接地以及绕组匝问短路的纵差动保护。对6 3 m 、强及以上厂用 工作变压器和并列运行的变压器，1 0 m v a 及以上常用备用变压器和单独 运行的变压器以及2 m v a 及以上用电流断流保护灵敏系数不能满足要求 的变压器，应装设纵差保护。对高压侧电压为3 3 0 k v 以上的变压器，可 以装设双重差动保护。 ( 3 ) 反应变压器外部相问短路并作为瓦斯保护和纵差动保护后备的过电流保 护。当过电流保护灵敏系数不满足要求时，可采用低电压和复合电压启 动的过电流保护、零序电流保护、低阻抗保护等。 ( 4 ) 反应中性点直接接地系统中变压器外部接地短路的零序电流保护。该保 护同时作为变压器内部接地的后备保护。对于中性点可接地或不接地运 行的变压器需增设零序过电压保护。 ( 5 ) 反应变压器对称过负荷的过负荷保护。 ( 6 ) 发应高压侧电压为5 0 0 k v 的变压器由于工作磁通密度过高引起的过励磁 的过励磁保护。 2 2 变压器的纵差动保护 2 2 1 变压器差动保护的基本原理 图2 一l 双绕组变压器纵差动保护的原理接线 首先以如图( 2 1 ) 所示的双绕组单相变压器为例介绍纵差动保护的基本原理。 、丘为变压器两侧的一次电流，五7 、丘为相应的电流互感器二次电流。五的 参考方向为母线指向变压器，电流互感器的正极性( 标“号者为正极性) 置于靠近 母线的一侧；，的参考方向为变压器指向母线，电流互感器的正极性置于靠近变 压器的一侧。将电流互感器不同极性的端子相连接。差动继电器则并联在电流互 感器的二次端子上。流入差动继电器，一，的电流为 i j = 年一i ：p u t 称为差电流。最基本的差动继电器就是一个过流继电器，电流超过动作电 流时继电器即动作。因此纵差动保护的动作判据为 l k( 2 - 2 ) 式中，出为纵差动保护的动作电流，也称动作门槛值。l = f 0 一定j 为差电流的有 效值。 设变压器的变比为= u ，忽略变压器的损耗，正常运行和区外故障时 有五= 五。式( 2 1 ) 可进一步表示为 t ：业+ ( 1 一塾丝) 土( 2 3 ) n l h ln l h 2h l m 不一致。以a 相为例，有l = 屯厶。正常运行或区外故障时丘。、j 。与乇、 岛是同相的，但冀囊竖声i 二；誊f 一_ i 怡：蠢髫? 鏊陵曙濞种娅蒸饕笨朔自制 鞘j 黼陵曝秀僻壤瀚壤例灌滥啦蠹薹蓬爿菌璐懂爝谍镰藩；墨街碡编囊狮觯 坼慑溉商枣襞配藩墅嘎因昭眭鞘捞；题焉明毂靼盟靼靶蚯鄯姐蚕骟猬鼬m 蟹越 珊誊简霄量影备鼙裂臣菖茧掣象美群鲶 i h 一孽霎i 鋈| 大负荷电流j 。绝对值成正比。系统容 量越大，变压器分接头调整导致的不平衡电流越大，即对接地故障差动电流的影 响越大。 此外，对于变压器负荷侧的区外故障，负荷电流与故障电流均为穿越电流， 可以将它们的矢量叠加，形成总穿越电流，当变压器分接头向上( a u 0 ) 或 向下( u a 9 0 0 这时有c o s a i 8 。 设负荷功率因数角为多，则三相电势，三相电流及a 相差动电流的相位关系 如图3 - 2 所示，不平衡电流相位如图3 - 3 所示。 ( u 0 ) 图3 - 2 三相电势，电流相位矢量图图3 - 3 不平衡电流矢量图 从图3 - 3 可得：当分接头向上调整时，不平衡电流j 。与负荷电流j 。方向 相反；当分接头向下调整时，不平衡电流屯。与负荷电流j 。方向相同。 3 2 单相高阻接地故障的产生的差动电流 对如图3 - 1 所示系统，发生k 侧区内单相高阻接地故障时，将变压器二次侧 参数折算到一次侧后，可得正序，负序，零序网络等值电路。根据叠加原理，正 序网络等值电路可分解为正常运行正序网络和故障分量正序网络，等值电路图如 图3 - 4 ，图3 - 5 所示：故障分量负序，零序网络等值电路图如图3 - 6 ，图3 7 所示。 e s 图3 - 4 正常正序网络 l ：舐：孕 攀 n j ； 赢e 斟搭州楚划争蓦降乜f 蘑鞋。副爷型甏纠3 - 8 互韩j j o i a 囊蔓而髟弧彰蛰谓曩 3 1 0 1 l q l k l 鐾垒毒宴07 亨：。二j ，j i jj 。，兹督掣i i 耋磊鍪塑刹。堑! ! i 薯妻鬈i 埔墩吲? l 一# i i 撼繁。磋硅i l ! 嚯尊荆晓，卜卅彩舅雕塑港臻羹i 髫磬善； 囊冀= - - a u 鬟 壤通嗟卿卧i 辜蓦 i i 嚣j 烈曼疆至妻不止。| 蔓l ；蕾摧故障点电流( 折算到电 流互感器二次侧) ，只要故障电流大于差动继电器的门槛值，差动保护就会迅速 动作。由此可见，纵差动保护不但能够正确区分区内外故障，而且不需要与其它 元件保护配合，可以无延时地切除各种区内故障，因而被广泛地用作变压器的主 保护。式( 2 4 ) 是纵差动保护中电流互感器变比选择的依据。 荷功率因数c o s 口= o 9 ；分接头在高压侧，按照1 2 5 上下调整，接地电阻3 0 0 。 象 二一一v u 面0 1 2 觑 i - - z a j1 2 、! l ，? 一 5 ， 。 o ， 、 ： 雩 ；1i j | ； ，一 t 一羔i i ? 。 满负荷运行时，y 侧额定相电流为3 9 4 a ，额定相问电流为6 8 2 a ：选择片，k ；= 6 8 2 5 = 1 3 6 4 以a 相发生接地故障为例，通过数字仿真计算可得a 相差动电流分 别为：( 1 ) a u = 1 2 5 时，差动电流为2 4 0 a ：( 2 ) a u = o 时，差动电流为2 9 2 a ： ( 3 ) a u = 一1 2 5 时，差动电流为3 2 6 a 。显然，若差动保护的差动门槛取o 5 倍额定电流，即2 5 a 时，向上调节变压器分接头，保护会拒动；向下调节变压 器分接头，能提高保护灵敏度，灵敏度为3 2 6 2 5 = 1 3 0 。 3 4 结论： 对降压变压器，当分接头位置向上调整时，在纵差保护中引起的不平衡电流 增量方向与负荷电流方向相反。反之，当分接头位置向下调整时，纵差保护中的 不平衡电流增量方向与负荷电流方向相同。 而单相高阻接地故障产生的差动电流与负荷电流方向接近，因此向上调节分 接头对接地故障电流有助增作用，不利于纵差保护动作，降低了灵敏度：向下调 节分接头，有利于纵差保护动作，提高了灵敏度。 单相高阻接地故障的接地电阻不变的情况下变压器容量越大，变压器分接 头调整产生的不平衡电流对纵差保护的灵敏度影响越大。 第四章变压器励磁涌流的仿真研究 4 1 励磁涌流的产生及特点 变压器在正常运行情况下，铁芯工作在末饱和状态，相对磁导率很大，绕组 的励磁电感也很大，因而励磁电流很小，一般不会超过额定电流的2 o 。当 变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时容易引起铁芯的饱和。铁芯相对 磁导率接近于l ，绕组的电感值降低，从而绕组中会出现数值很大的励磁电流， 这个励磁电流成为励磁涌流。这种涌流对纵差动保护而言，表现出与内部故障短 路电流的相似性，而且其数值很大，可能达到额定电流的8 倍以上。因此，必须 采取措施，使保护能正确识别励磁涌流并制动，同时又能正确反应内部短路电流， 可靠动作。 对涌流的分析，主要在于探讨励磁涌流的最大峰值、最小间断角、最小二次 谐波分量以及非周期分量，用来分析差动保护的动作行为。这些分析对象主要与 以下因素有关： ( 1 ) 合闸初相角口 ( 2 ) 变压器，电源，线路的参数 ( 3 ) 变压器容量和铁芯材料、结构型式、工艺类型、接线方式 ( 4 ) 铁芯的饱和磁通和剩余磁通 ( 5 ) 电力系统的电压以及变压器的充电方式等。 ( 5 ) 电力系统的大小以及变压嚣的充电方式等。 4 1 1 、单相变压器的励磁涌流 变压器空载合闸时，励磁电流迅速增大，铁芯也会迅速饱和。铁芯饱和后， 磁路从空气中流通，磁导急剧减小，从而励磁电流急剧增加。并且衰减较慢，经 过若干时间进入稳态。 下面以一台单相变压器的空载合闸为例来说明励磁涌流产生的原因。图4 一l 所示为与正弦电压接通的空载单相变压器。变压器有一个闭合的铁芯磁路，一 般情况f 电感是非线性的。电感线圈磁链和电流f 的函数曲线中：厂( f ) 与磁感 竽也s i n ( 叫圳 ( 4 - 2 ) 对方程式4 2 解微分方程，可得： o = 一o 。c o s ( “+ 口) + 巾( 0 1 ( 4 3 ) 式4 3 中，一巾。c o s ( 耐+ 口) 为稳态磁通分量，其中中。= ；中i 。) 为自由分量， 如计及变压器的损耗，中。应该是衰减的非周期分量，这里不计及损耗，所以是 直流分量。由于铁芯的磁通不能突变，可求得 中f 0 1 = 中。c o “口) + 中， ( 4 4 ) 式4 4 中的m ，是剩磁，它的大小和方向与变压器切除时刻的电压( 磁通) 有关。 考虑到成本和工艺，现代电力变压器的饱和磁通一般做成中，= 1 1 5 1 4 。 而变压器的运行电压一般不会超过额定电压的1 0 0 ，相应的磁通m 也就不会超 过饱和磁通中。所以在变压器稳态运行时，铁芯是不会饱和的。但在变压器空 载合闸时产生的暂态过程中，由于巾。的作用，中就可能会大于d ，从而造成 变压器的饱和。最严重的情况是在电压过流时刻( 口= o ) 合闸，假若此时铁芯的 剩磁o ， o ，非周期磁通巾( 0 ) 为m ，+ 中，。经过半个周期( 纠= 万，电压均为正) 后中达到巾= 2 。+ 中，中，。造成变压器的严重饱和，如图4 3 所示。 m 图4 3 饱和与非饱和磁通 根据图4 2 所示的变压器磁化曲线，铁芯不饱和时，磁化曲线的斜率很大， 即励磁之路电感很大，励磁电流t 近似为零：铁芯饱和后，磁通从空气中流通， 导致磁化曲线的斜率也。很小，励磁电感很小，大大增加，形成励磁涌流。 当o 巾。时，变压器铁芯饱和， 5 、一相或两相励磁涌流的二次谐波含量显著减小，并且可能会小于1 5 ； 但三相中至少有一相励磁涌流的二次谐波含量大于1 5 ； 6 、非对称涌流仍含有大量的非周期分量，但对称性涌流中无非周期分量。 4 1 3 、几种鉴别励磁涌流的原理及其缺陷 电流波形特征识别法 电流波形特征识别法一直是人们研究的热点，目前仍占据主流该方法以励 磁涌流和内部故障电流波形特征的差异为依据已运用于实践的有二次谐波制动 原理和间断角原理。新近提出的有采样值差动原理、波形对称原理、波形叠加原 理、波形相关性分析法和波形拟合法，其中采样值差动原理是间断角原理的衍生， 波形对称原理是问断角原理的改进，而波形叠加原理波形相关性分析法和波形拟 合法则是波形对称原理的衍生或改进。另外随着人们研究领域的逐步扩大，研究 层次的逐渐加深产生的若干新兴学科也为判别励磁涌流提供了新的手段，其中 有代表性的是神经网络和小波变换。然而就目前发表的文献看，这些新兴手段也 只是局限于对电流波形进行一些简单的加工，所以仍属于电流波形特征识别法的 范畴。 l 、二次谐波制动原理 二次谐波制动法是计算差流中的二次谐波分量。若其值较大则判定为涌 流，常用的判剐式为：l 厶a _ _ z 2 。 k ( 4 8 ) ，。2 、，d 。分别为差流中的二次谐波和基波幅值，k 为二次谐波制动比。二次谐 波制动原理简单明了，有多年的运行经验。目前国内外实际投入运行的微机变压 器保护大都采用该原理。但是采用一：次谐波制动原理的变压器保护面临着以下几 个问题： a ：励磁涌流是暂态电流，不适合用傅里叶级数的谐波分析方法因为对于暂 态信号而占，傅里叶级数法的周期延拓将导致错误的结果 b ：很难适当选择制动比k 美国西屋公司的制动比为7 o 7 5 ，但a b b 取l o ，我国和大部分国家则取1 5 2 0 。谁更科学较难评判。 c ：现代变压器磁特性的变化，使得涌流时二次谐波含量低，导致误动：而 3 8 大容量变压器，远距离输电的发展，使得内部故障时暂态电流产生较大的二次谐 波，导致拒动。 2 、间断角原理 间断角原理利用了涌流波形有较大间断角的特征，通过检测差流间断角的大 小实现鉴别涌流的目的。该原理的模拟式保护装置已得到应用，但面临着因电流 互感器传变引起的间断角变形问题。当电流互感器饱和时，在涌流的间断角区域 将产生反向电流，电流互感器饱和越严重则反向电流越大，最终使得涌流闻断角 消失。对于内部故障电流而言，电流互感器饱和将导致差流的间断角增大，而且 电流互感器饱和越严重，其差流间断角越大。前者将使得变压器发生涌流时差动 保护误动，后者将使得变压器内部故障时差动保护拒动。此外，用微机实现间断 角原理时硬件成本高。主要表现在以下几个方面： a ：需要较高的采样率以准确测量f 、丑j 断角。结果对c p u ：的计算速度提出了更 高的要求。 b ：涌流间断角处的电流非常小，几乎接近于0 。而 0 转换芯片正好在零点 附近的转换误差最大。因此，需要高分辨率的 d 转换芯片。 3 、 波形对称原理 波形对称原理是利用差电流导数的前半波与后半波进行对称比较。根据比较 的结果去判断是否发生了励磁涌流。对称的定义由下式给出： i 尘红i 蔓k l 一+ ，s 。i ( 4 9 ) 式中f f + 。为差电流导数前半波第i 点的数值：，j + ，。为后半波对应第i 点 的数值。k 为比较阈值。 当第i 点的数值满足式( 4 9 ) 时称为对称，否则称为不对称。连续比较半 个周期，对于内部故障，式( 4 - - 9 ) 恒成立；对于励磁涌流，至少有1 4 周期以 上的点不满足式( 4 9 ) 。该原理基于对励磁涌流导数波宽及问断角的分析，是 间断角原理的推广，且比间断角原理容易实现。但是涌流波形与许多因素有关， 具有不确定性、多样性，如果脯氢取得太大，保护可能误动；而故障电流也并非 总是正弦波。实际系统中必须考虑故障情况的多样性和故障波形的复杂性。当系 统有分布电容较大的电缆线路存在时，故障波形中就含有大量的谐波，此时如果 3 9 动保护。进行了励磁涌流辨识，之后此类应用便层出不穷。而且有的文献已经不 只局限于励磁涌流和内部故障电流的判别。有的文献还用于区别变压器的励磁涌 流、外部故障和内部故障。 不管用于何种目的。设计a n n 时都要经历如下几个过程：( 1 ) _ n n 类型的 确定；( 2 ) 输入和输出层中各节点数目的确定：输入是差流采样或原、副边电 流的采样，而且每时刻要有若干个包含足够信息的采样点输入网络，如此可确定 输入节点数，输出节点数与网络要实现的功用有关，如仅用于励磁涌流和内部故 障判别，则有1 个二迸制输出即可，需要1 个输出节点；( 3 ) 隐含层及其节点数 需多次试凑确定；( 4 ) 传递函数的选择；( 5 ) 训练样本的获取；( 6 ) 数据预 处理；( 7 ) 训练；( 8 ) 对已训练好的神经网络进行测试。 上述过程需反复进行。若在训练过程或检验时不能满足要求那么网络结构 及各种参数都需要调整，然后重新训练。可见，训练神经网络是一件非常烦琐的 事，而且，训练时需要大量的样本数据。其获取及预处理的工作量很大。尽管如 此，仍难以保证训练样本集的完备性，从而导致误判。 实际上，由于三相变压器励磁涌流的波形特征随系统电压和等值阻抗、合闸 初相角、剩磁大小和方向、三相绕组接线方式和中性点接地方式、三相铁心结构 ( 三相三柱、三相五柱、单相变压器组等) 、铁心材料和组装工艺、磁滞回线和局 部磁滞环等不同而改变。所以任何以涌流波形特征为依据的防止空投误动的措旌 均不能保证变压器差动保护不误动。差别仅是误动次数的多少。 4 2 励磁涌流的研究 变压嚣一般采用y 一11 接法，变压器两侧对应线电流存在相位差。在数字 式差动保护中，为了使正常运行时差动电流为零，就需要变压器一侧电流变换到 另外一侧，消除相位差。在常用的数字式变压器差动保护中，两侧的互感器一般 均采用星型接法。至于可能需要的相位或幅值变换，都在微机内部运用数学方法 完成。常见的消除相位差的变换有两种，即三角形侧向星侧变换，以及星侧向三 角形侧变换。前一种变换比起后者应用范围较为广泛，应用经验也较为丰富。 因为上面的各种鉴别励磁涌流的方法都是建立在星侧向三角形侧变换的基 础上的，这样的话，由于进j k c t 的电流是相差电流。相差使每相都受到其他相的 4 l 干扰，所以按相闭锁困难。那么尝试一下三角形侧向星侧变换，也许就可以按相 闭锁了。二次谐波判别励磁涌流已经运用于实际应用。所以，从二次谐波的角度， 通过a t p 仿真模拟，对此进行研究。 4 2 1 仿真变压器的建模 在a t p 提供的变压器模型中，主要参数有：各侧绕组的电阻及漏感，非线性 电抗的磁滞回线等。两绕组三相y 接线的变压器的模型如图4 5 所示。 图4 5 变压器等值电路 图4 - 5 中：扁、显分别为变压器高、低压侧绕组的电阻：厶、厶分别为变压 器高、低压侧绕组的漏感：尼为变压器励磁支路的串联电阻，即铁耗的等值电阻； 厶为变压器励磁的支路电感，是一个带磁滞回环的饱和电抗器。 1 交压器等值电路中电阻及漏感的确定 本次仿真试验中使用西安西电变压器公司型号为s f s 9 1 5 0 0 0 0 2 2 0 的三绕组 变压器，有关参数如表4 一l 所示。 额定容量( m v a ) 1 5 0 接线方式y y a 高压侧额定电压( k v ) 2 2 0 中压侧额定电压( k v ) 11 0 低压侧额定电压( k v ) 3 5 空载损耗( k w ) 1 0 5 空载电流( ) o 3 负载损耗( k w ) 高压一低压( 6 0 m v a ) 1 1 0 总损耗( k w ) 5 9 0 短路阻抗( ) 高压一低压( 1 5 0 f v a ) 2 3 表4 一ls f s 9 1 5 0 0 0 0 2 2 0 三绕组变压器有关参数 如果考虑中压侧断开，三绕组变压器可等效图4 - 5 所示两绕组变压器，相关 参数可如下获得：l 、电阻扁、尼由试验报告提供，2 、电感厶、厶由以下计算得 出：根据相关报告中数据，高压一中压( 1 5 0 m v a ) 的短路阻抗以。z = o 1 3 ，高压 一低压( 1 5 0 m v a ) 的短路阻抗乩3 = o 2 3 ，中压一低压( 1 5 0 m v a ) 的短路阻抗 。_ o 0 8 ，由公式一= 等爵导n 可以计算出折算到一次侧的高、中、低压侧 绕组的电感分别z = 7 7 6 q ，墨= 1 3 9 4q ，x 。= 6 5 q 。高压侧电感值厶= 2 4 7 0 m h ， 低压侧电感值厶= 5 0 6 m t t 。 此外由相关产品试验报告可等到：高压侧空载电流1 1 4 a 、空载损耗 1 0 3 7 2 k w 、负载损耗i 0 5 8 7 k w 、等值零序阻抗6 4 8 3q 。 2 饱和电抗器参数 饱和电抗器采用a t p 的9 6 型非线性磁滞电感，它考虑了变压器铁芯的主磁环 特性，并提供了剩磁接口，方便用户根据不同的涌流初始条件调整相应的参数。 a t p 中的9 6 型非线性磁滞电感要求用户提供基于中一? 的磁滞特性曲线。在设 计磁滞特性曲线时主要要考虑以下几点：i 、额定工作磁通西，2 、饱和磁通庐。， 3 、剩磁口，4 、饱和前曲线斜率，5 、饱和后曲线斜率。 为此，首先计算工作磁通，工作磁通计算如下： 当变压器励磁侧电压为： “= u 。s i n ( w t + n ) 则该侧在额定工况下工作磁通为： 牵。= 审e = u 。| 显然上述变压器2 2 0 k v 侧工作磁通为： f 2 + 2 2 0 0 0 0 3 1 丸一嗔= = l i 了j = 5 7 2 ( 肋) z 7 i ， 在进行仿真实验时，从最严重情况和普通情况两个角度进行分析。饱和磁通 设为额定工作磁通的1 1 5 倍，即函f 1 1 5 曲f 6 5 8 ( 口功，剩磁的情况参考王维 俭书里罗列的典型情况。考虑在磁化曲线达到饱和点之前为线性关系，根据空载 时励磁电流可得饱和前曲线斜率。饱和前至饱和后曲线斜率与变压器铁芯铁材 料、形状等有关，难以获取这些参数，需要试凑、通过仿真波形与理论波形及实 际波形的对比来确定。 图4 6 变压器铁芯磁滞回线 3 单台变压器仿真波形实例与理论对比 通过不断修改相关磁滞回线，使得最大相电流的波形特征如间断角与理论一 致，波形起始弧度与实际接近，从而保证磁滞回线的饱和点及其附近区域与实际 一致。 4 2 2 两种变换方式 变压器一般采用y 1 l 的接线方式，两侧电流的相位差为3 0 。为了消 褂击雕硼 汁 变换后侧电流 羔l 。：r l l j = 司 c a 一， 变换后v 侧电流篆1 b r 2 = ； 三三； 墨 = 兰三笺 c a 一z ， 变换后侧电流f ：。! t 2 7 j = 万il v 三_ 1 陵 c a 一，。， 4 2 3 仿真分析 由于三相变压器励磁涌流的波形特征随系统电压和等值阻抗、合闸初相角、 剩磁大小和方向、三相绕组接线方式和中性点接地方式、三相铁心结构( 三相三 柱、三相五柱、单相变压器组等) 、铁心材料和组装工艺、磁滞回线和局部磁滞 环等不同而改变。在这些影响因素中，除了合闸初相角、剩磁大小和方向之外， 其他的都是确定的。所以，研究从出相角和剩磁大小、方向入手。 参照王维俭老师典型剩磁大小、方向数据，剩磁的大小、方向如表4 2 所 刀i ： l23456789l o1 11 21 3 a 0 7 0 7o 7o 7o 6o 6o 6o 6 o 5 0 5o 50 50 7 bo 1一o 2oo 70 2一o 6一o 2oo 30一o 30 50 1 c一0 7一o 7 一o 7 一o 7 一o 20 6- 0 4 0 6 0 3oo 2一o 50 6 4 5 表4 2 剩磁大小和方向 表4 - - 2 中，o 7 表示研= o 7 唾k ，剩磁为正方向；一0 7 表示( p r o 7 0 ，剩 磁为反方向。其他类推。 1 、y 侧向侧变换的涌流分析 相间电流的励磁涌流情况： 目曲 7 。 ：j 、 一。m ， ：；l、i ， 、。，f 雷； j j “、 i t 。仲2 0柏 嚣 砷拍 图4 7 第一组剩磁情况下，不同合闸角度的a b 相问电流二次谐波 1 q 0 0 5 0神7 08 09 01 0 0 图4 8 第一组剩磁情况下，不同合闸角度的b c 相间电流二次谐波 一 ，j ；i o1 02 05 0g o 7 01 0 0 圈4 9 第一组剩磁情况下，不同合闸角度的c a 相闽电流二次谐波 o o 从图4 7 ，图4 8 ，图4 9 可以看出，第一组剩磁情况下，a b 相间电流 的二次谐波只有在合闸角3 0 0 度左右会比较低，而这时，a b 相间电流是正常励 磁电流大小，波形也接近正弦电流此时的a b 相间电流如图4 一i o 所示。此时， 差动保护本身就不会动作。b c ，c a 相间电流与a b 相问电流的情况比较相似，如 图4 - - 8 ，图4 9 所示，都是在合闸角3 0 0 度左右，二次谐波比较低，并且b c ， c a 相间电流也是正常励磁电流大小，波形接近正弦电流。 其他剩磁情况下a b ，b c ，c a 相间电流与第一组剩磁情况