变压器励磁涌流分析

变压器励磁涌流分析牛志雷2011年6月2日个人成长学习报告（三）主要内容1.变压器何时会产生励磁涌流1.励磁涌流产生机理2.励磁涌流的特征3.励磁涌流的识别4.考虑励磁涌流时的变压器差动保护设计何时会产生励磁涌流变压器两端电压发生突变时：1、变压器空载合闸时。2、变压器外部短路故障切除后，电压恢复时。3、并联运行的其他变压器发生励磁涌流时，就会在本变压器中产生和应涌流。U2U1i1N1N2Ф图1-1变压器示意图1.励磁涌流的产生机理对于单相变压器可得出在t=0时，电压初相角α与磁通Φ的关系如下：（1）当2tmSin即电源投入瞬间变压器磁路中的磁通Φ立即进入与电源电压相同正弦波形的稳态值；（2）当α=0tmCosm即电源投入瞬间变压器磁路中的磁通除了含有余弦波形的稳态值-ΦmCosωt磁通外，还有一个数值为稳态磁通幅值Φm的偏磁Φp。偏磁Φp的产生主要是由于磁通不能突变造成的，偏磁Φp用于抵消合闸瞬间稳态分量的瞬态值，其大小和合闸初相角直接相关。偏磁Φp分析（3）当α=α)cos(costmm偏磁Φp分析剩磁饱和磁通最大偏磁图1-2变压器磁路中各磁通分量关系图-Фsat-Фp.max-ФResФResФp.maxФsatФωФ剩磁（稳态磁通）最大偏磁饱和磁通剩磁ΦresBH剩磁Φres从以上分析可以看出1、变压器铁心中剩磁的大小直接和分闸时铁心中的稳态磁通瞬时值直接相关。2、不考虑剩磁的自动消退情况下，如果能将分闸相位角和合闸相位角进行很好的配合，就可以使剩磁和偏磁相互抵消，很好的抑制磁饱和，从而抑制涌流！3、对于单相变压器，经原理和实验分析可知变压器在某个相位角α时磁势被切断，下次就在α时合闸，就可使偏磁完全抵消剩磁。变压器最严重的磁过饱和情况变压器铁心磁化曲线正常运行时工作与磁化曲线的线性区正常运行时的励磁电流分析分析BH铁心过饱和引起的励磁电流激增分析励磁涌流仿真分析signals7signals6signals5signals4signals3signals2signals1powerguiContinuousici+-ibi+-iai+-Va3v+-Va2v+-Va1v+-Three-PhaseFaultABCABCMultimeter6Fourier3signalmagnitudeangleFourier2signalmagnitudeangleFourier1signalmagnitudeangleBreaker3c12Breaker2c12Breaker1c12BreakerControl450MVA500-230kVThree-PhaseTransformerABCabc3000MVA500kVEquivalentNABC不考虑剩磁时励磁涌流仿真结果(α=0)磁通变化规律励磁电流变化规律不考虑剩磁时励磁涌流仿真结果(α=pi/2)磁通变化规律励磁电流变化规律励磁涌流间断性尖顶波谐波分析结果励磁涌流电流所具有的特征1.励磁涌流的幅值大2.任何情况下空载投入变压器，至少两相出现励磁涌流3.含有很大的非周期分量，饱和越严重，非周期分量越大4.波形偏离时间轴一侧，出现间断，饱和越严重，间断角越小励磁涌流的间断角，与铁芯饱和磁通、剩磁的大小，合闸时刻都有很大关系。5.一般有一相或两相谐波含量比较小，但至少有一相比较大，且励磁涌流中含有较大的二次谐波。1.1变压器等效电路励磁涌流对变压器差动保护的影响U1=－E1＋I1（R1＋jX1σ）U2'=E2'－I2'（R2＋jX2σ）I1+I2'=Im≈I0－E1=－E2=Im(Rm+jXm)=ImZm现有的励磁涌流的识别方法（一）基于二次谐波的识别方法1.二次谐波制动原理，用二次谐波幅值和基波幅值的比值和设定好的定值进行比较。2.二次谐波衰减原理（二）基于波形特征的识别方法1.间断角原理，通过检测涌流波形中间断角的大小来识别励磁涌流2.波形对称原理，利用差电流导数波形的前半波和后半波进行对称比较来判断是否发生励磁涌流。若不对称则为励磁涌流。3.小波变换法，通过对差流中高次谐波和奇异点进行检测来判断是否发生了励磁涌流。现有的励磁涌流的识别方法（三）磁通特性识别法发生励磁涌流时，磁链—差流曲线即变压器的空载特性曲线，即磁化曲线。而发生内部故障时，其磁链—差流曲线则和磁化曲线有较大出入。（四）基于变压器模型的识别方法1.基于变压器回路方程原理2.励磁阻抗变化原理（五）差有功法变压器正常运行时，消耗的有功极小，当发生励磁涌流时，由于变压器存储磁能，第一周期消耗的有功较大，第二周期则消耗的较小。但是，当发生内部短路造成绝缘击穿时，变压器则消耗很大的有功，不会出现差有功，据此即可判断是否发生励磁涌流。现有的励磁涌流的识别方法（六）基于智能理论的判别方法1.神经网络法2.基于模糊识别的判别法