本科毕业设计_变压器空载合闸及短路过程仿真分析

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1、变压器空载合闸及短路过程仿真分析ywords:powertransformer;no-loadswitching;magnetizinginrushcurrent;MATLABsimulation变压器空载合闸及短路过程仿真分析目录1绪论11.1本文研究的背景及目的11.2变压器空载合闸产生的励磁涌流的研究现状21.2.1二次谐波原理21.2.2间断角原理31.2.3波形对称原理41.2.4基于智能理论的判别方法51.3本文的主要工作62变压器基本工作原理及运行特性72.1变压器的基本原理72.1.1变压器负载运行72.1.2变压器的等效电路72

2、.2变压器的运行特性102.3.1电压变化率102.3.2效率112.3变压器不正常运行状态及常见故障132.4常见的变压器的保护方式133基于MATLAB的变压器电磁暂态过程分析163.1MATLAB简介163.2变压器空载合闸173.2.1数学描述173.2.2仿真分析203.2.3剩磁和合闸角对励磁涌流的影响223.3变压器短路263.3.1数学描述263.3.2仿真分析27变压器空载合闸及短路过程仿真分析3.4励磁涌流与突然短路电流比较284总结29参考文献30致谢31变压器空载合闸及短路过程仿真分析1绪论1.1本文研究的背景及目的变压器

3、是一种静止的电机设备，它利用法拉第电磁感应原理将变压器一侧的交流电能转换成另一侧同频率的交变电能。在电力系统中，为了减少电能传输过程中的损耗，将大量的电能更有效率地传输到远距离的用户区，通常是用变压器将发电机发出的电压升高，直到电能送到用户地区后，再用降压变压器逐级降到合适的配电电压，供照明以及动力设备使用。变压器空载情况下，在变压器一次侧接入交变电压时，产生的空载电流建立起磁动势将高低压侧耦合，这个空载电流就是变压器正常运行时的励磁电流，变压器在稳定运行状态下的励磁电流数值很小，研究发现此时的励磁电流只占稳定运行额定电流的1%—2%。但是当变压

4、器空载合闸或者外部故障切除后重新投入运行时会产生强度很高的励磁涌流，其最大值可达到额定电流的6—8倍；励磁涌流的波形特征与变压器合闸瞬间的相角、电源容量的大小、整个电网系统阻抗参数、变压器铁芯中剩磁的方向以及大小，此外还和变压器容量等都有关系。励磁涌流的产生会带来一系列的负面影响，比如变压器外部故障切除后空载合闸失败，空载合闸产生的冲击电流也会导致变压器的机械特性损坏，励磁涌流引起的操作过电压会对直接影响到断路器的正常工作，另外在引起电网电压骤降的同时也给电网送入大量的谐波，从而影响电能质量。目前变压器的主保护为纵联差动保护，其原理便是基尔霍夫定

5、律，反应于被保护元件的流入电流与流出电流之差而动作。由于励磁涌流的大小有时可以与变压器内部短路电流相比拟，将引起变压器纵联差动保护产生很大的差流，从而使得变压器差动保护误动作跳闸。然而励磁涌流是变压器空载合闸过程中产生的正常现象，并不属于故障电流的范畴，在励磁涌流产生后应该将其保护闭锁，所以正确识别变压器励磁涌流以及内部故障电流就成为变压器主保护能否正确动作的关键因素。某种意义上来说，这两种电流的区分取决于对变压器内部故障以及励磁涌流的正确认识。第31页共31页变压器空载合闸及短路过程仿真分析本文所做的研究正是针对变压器励磁涌流识别，通过MATL

6、AB软件中的SIMULINK模块库建立变压器空载合闸的仿真模型，通过示波器的仿真结果来探究励磁涌流的相关特征，并且与变压器突然短路的仿真结果进行比较分析，以此为根据来为变压器主保护可靠而快速的动作提供理论支持。1.2变压器空载合闸产生的励磁涌流的研究现状变压器空载合闸产生高强度的励磁涌流会造成诸多负面影响，其中最主要的就是造成变压器纵联差动保护误动，严重干扰电力系统的稳定性。而差动保护又是变压器的主保护，需要它来保护变压器的内部、引出线以及套管上的短路故障，因此如何正确识别短路故障电流与励磁涌流就成为防止变压器差动保护误动作最为关键的因素。目前国

7、内外对励磁涌流的识别方法有如下四大类：1.2.1二次谐波原理除去非周期分量和基波分量外，励磁涌流波形成分中二次谐波含量最高，而变压器内部短路电流不具备这样的特性，基于这种显著的特征，二次谐波制动原理就可以很好的区分励磁涌流与短路电流，从而防止变压器保护误动。二次谐波原理的基本内容是：通过检测三相差流中二次谐波含量的大小来判断是否为励磁涌流，从而达到及时闭锁纵联差动保护、防止保护误动的目的。励磁涌流的判据为：(1.1)式中的为差动电流中的二次谐波值，为差动电流中的基波值；为二次谐波制动系数，根据经验二次谐波制动系数一般可以取为0.15~0.2。当差

8、动电流中的二次谐波含量大于整定值时，判定为励磁涌流，此时保护闭锁。二次谐波原理很容易实现且简单明了，并且有着丰富的运行经验；当前大多数变