基于malabsimulink的特高压变压器励磁仿真分析

基于malabsimulink的特高压变压器励磁仿真分析

0次谐波仿真模型随着中国未来能源需求的快速增长，建设高压电网已成为中国电网发展的未来趋势。特高压电网的特点有超大容量、超远距离和低损耗输电等。越来越多的特高压输电线路投入运行,也对大容量变压器的继电保护提出了更高的要求。然而新的电压等级在运行初期,电网架构非常薄弱,继电保护发生误动或者拒动都会对特高压电网造成巨大的安全风险。目前,特高压交流试验示范工程所用的是分体结构变压器,该特殊结构可能会使得励磁涌流与传统变压器的有一定的区别,在差动保护中,主要采用二次谐波制动原理鉴别励磁涌流,但应用于特高压变压器,二次谐波的含量远远低于传统变压器的经验值。因此,传统的变压器差动保护已不能满足现有特高压变压器的要求。文献提出了一种基于模糊识别的识别方法对传统二次谐波原理进行了改进,该方法利用了数据的自适应性,让三相差流间相互制衡,有效防止误动。文献是通过对变压器的开关位置和差流大笑来影响涌流闭锁二次谐波的门槛值,该方法可以实时跟踪,准确制动。文献利用二次谐波与基波的幅值和相位关系判断励磁涌流,这对二次谐波的制动有很大的提升。为了研究励磁涌流对特高压变压器差动保护的影响,运用MATLAB,建立了特高压变压器仿真模型,以晋东南—南阳—荆门1000kV特高压交流试验示范工程中的相关参数进行设置。通过对所建立的模型进行空载投切的仿真,对比了二次谐波波形,并分析合闸角与剩磁对励磁涌流的影响。仿真结果验证了控制合理的合闸角与剩磁可以限制励磁涌流的出现,从而避免特高压变压器差动保护误动,为特高压变压器的安全运行,防止事故重复发生起到了指导作用。1高压压试器的建模1.1仿真模型建立查阅相关文献,三绕组自耦变压器可等效为一个三端星型等值电路,三绕组自耦变压器就可以用三绕组变压器来进行模拟。通过对三绕组变压器模型的串联绕组、公共绕组串联相接,形成高压绕组与中压绕组,即组成自耦变压器,将第3绕组称为低压绕组,如图1所示为仿真模型结构图。在仿真中,依据晋东南-南阳-荆门1000kV特高压交流试验示范工程中的参数将中压侧空载合闸到无穷大系统。对于铁心的饱和特性采用分段线性曲线描述,假设饱和磁密为=1.15(其中为额定工作磁密)。并通过特高压三绕组自耦变压器漏阻抗计算公式可得到公共绕组(ZQ)、串联绕组(ZS)、低压绕组漏阻抗(ZT)。为了与实际的特高压变压器参数等效,要把短路阻抗值折算到500kV。1.2变压器充放电动态特性改变仿真模型的空投合闸角度、剩余磁通和调压变励磁特性参数,可以得到与现场录波数据波形接近的引起特高压变压器差动保护误动的励磁涌流波形,如图3所示。图2为荆门1000kV变电站调压变差动保护故障录波图。由图2可以看出,调压变压器在空载投入后,励磁涌流的二次谐波含量三相最大值分别为A相22.7%,B相39.8%,C相3.3%,三相涌流峰值分别为A相3.4A,B相2.7A,C相4.17A。调压变压器第一套差动保护在空载合闸之后27.8ms时动作,调压变压器第二套差动保护在44.3ms时动作。图3中得到的二次谐波含量分别为A相23.3%,B相40.2%,C相3.2%,涌流峰值分别为A相3.5A,B相2.81A,C相4.39A,仿真结果与故障录波图相吻合。故该模型具有有效性和正确性。下面,改变中压侧的合闸角度以及调节调压变的剩余磁通大小,研究探讨合闸角度和剩余磁通对特变压器励磁涌流的影响。2次谐波分析表1为调压变压器剩磁保持不变的情况下,不同合闸角度得到的差动涌流有效值和其二次谐波含量。设置调压变压器的剩磁为±0.9,在0.02s时刻主变压器中压侧合闸。由表1可知,在合闸角度为0°、60°、90°时,都存在一种情况,某一相的涌流有效值偏大,而二次谐波含量远小于谐波制动的门槛值。故在这种情况下,还采用传统的二次谐波原理判据,特高压变压器差动保护很有可能发生误动。下面为调压变压器的剩磁都为±0.9,不同合闸角度的仿真波形图进行分析。由图4可知,在0°合闸时A相的励磁涌流幅值最大,然而其二次谐波含量远远小于谐波制动的门槛值,同时,可以看出A相的二次谐波含量逐渐上升。在图5、图6中,它们的C相与0°合闸所得到的规律类似。同理,对不同的剩磁大小和方向,所得到的结果与剩磁都为±0.9类似。而对于合闸角度为30°、270°,由于它们所对应C相的励磁涌流幅值为零,即使某一相的二次谐波含量较低,但仍然无需进行二次谐波制动判定。同理,合闸角为150°、180°时,A相的励磁涌流幅值为零,而其差流值为零,不需要进行二次谐波制动判定,即使其二次谐波含量较高,因此,控制好投切相位角,可以有效的控制励磁涌流的出现。随着特高压工程的投入,越来越多的大容量变压投入运行,控制合闸角度的方法控制量单一,相对实现起来容易。这为利用合闸角度控制技术而抑制大容量变压器励磁涌流提供了理论基础。三相励磁涌流由于三相电压之间存在120°的相位差,故并不会完全相同。在现场空载投切试验中,某一相中总会出现对称性涌流。可以知道空载投入变压器,励磁涌流至少会出现在有两相中。在合闸角为0°,60°,120°,180°等的情况下,在某一相差流中均出现了不同程度的对称性涌流。并且,分析其二次谐波含量曲线图会发现,发生对称性涌流的那一相差流二次谐波含量均呈现下降趋势。变压器空载合闸时,不同合闸角对励磁涌流有不同的影响。合理控制某一相的合闸角度时,将得到稳定的相电流,不会产生励磁涌流,反之,则会产生对称性涌流或非对称性涌流。3次谐波含量波形图分析下面,通过改变剩磁的大小和方向研究对励磁涌流的影响。表2所示为合闸角0°的情况下,不同剩磁大小及方向对应的调压变压器差流二次谐波含量值。分析表2中第6、7、8组数据,在其他条件不变的情况下,B相剩磁绝对值大小逐渐增大,而其所对应的差流二次谐波含量逐渐减小。在合闸角为0°,调压变压器差流中的二次谐波含量与剩磁大小成反比,差流中其中两相的二次谐波含量相对要比另外一相(低于15%)高很多。改变合闸角度的大小,依次仿真不同剩磁大小及方向对调压变压器励磁涌流的影响,通过对仿真差流的二次谐波含量波形图分析,发现与数据6,7,8同样的规律。可得出如下结论:保持合闸角度一定,剩余磁通逐渐增加,二次谐波的含量也将逐渐越大。通过对表2进行分析,由于剩磁和励磁电流产生的磁通方向相互叠加,导致励磁磁通增大很快达到饱和状态,此时二次谐波含量较小;相反,剩磁的方向和励磁电流产生的磁通方向相反而互相抵消,励磁磁通减小而二次谐波含量逐渐较大。可通过波形图对结论进行验证。如图7所示,剩余磁通分别为A相+0.7Φm,B相-0.1Φm,C相-0.6Φm,合闸角为0°时的空投调压变励磁涌流及其二次谐波波形图以及励磁磁通的输出曲线。其中A相剩磁与励磁电流产生的磁通方向都为正,相互叠加达到饱和。励磁磁通位于磁化曲线饱和区,它的差流值是三相中最大的,二次谐波含量却在20%以下。而B相剩磁为负,剩磁的方向和励磁电流产生的磁通方向相互抵消,饱和速度缓慢。通过对磁通曲线图可分析,A相磁通曲线大部分处于磁化曲线的饱和区,差流二次谐波相应较小。调压变的B相励磁磁通振荡在饱和区和不饱和区之间,它的差流二次谐波含量达到80%以上,虽然差流值较小。总结来说,恰当的剩磁的大小和方向,特高压变压器磁通振荡于饱和区和不饱和区,此时差流二次谐波含量很大。反之,剩余磁通增大大且方向合适时,磁通曲线便有可能完全处于饱和区,差动电流二次谐波也就消失了。4含氟低化合物模型仿真本文为了研究励磁涌流对特高压变压器差动保护的影响,运用MATLAB,建立了特高压变压器仿真模型,以晋东南—南阳—荆门1000kV特高压交流试验示范工程中的相关参数进行设置。通过对所建立的模型进行空载投切的仿真,对比了二次谐波波形,并分析合闸角与剩磁对励磁涌流的影响。可得到如下结论:(1)变压器空载合闸时,不同合闸角对励磁涌流有不同的影响。合理控制某一相的合闸角度时,将得到稳定的相电流,不会产生