电力变压器保护的仿真研究

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1、电力变压器保护的仿真研究摘要:电力变压器是电力系统不可或缺的一部分。电力变压器是传输电能的重要设备，它可以将电压升高或是降低，在输电过程中将电压升高，可以减少电能损失；还可以降低电压为各级使用电压等级，以方便用户使用。我们国家的电力事业一直在前进，发电装机容量也随之增大，随之电力变压器的容量也越来越大。因此大容量的变压器的价格不可能便宜，一旦遇到故障而使变压器损坏，因为损坏的变压器不易修理，因此我们要保护好变压器。关键词：变压器差动保护电力变压器是电力系统重要的电气设备,整个电力系统的稳定安全运行都和它有关。随着社会的发展，时代的进步，电力变压器的容量、性能、标准等必然逐渐也要

2、随之提高，否则无法保障人们的生活质量，满足不了人们的需求。时代的发展，技术的创新，新材料新工艺的出现，电力变压器的快速性和可靠性标准也在提高。对励磁涌流及内部故障进行暂态仿真，对分析变压器的运行状况很有帮助，也可以改进现有变压器保护性能及发展新型变压器保护方案。一、变压器励磁涌流1.励磁涌流形成的原因当合上断路器给变压器充电时，有时会看到变压器电流表的指针摆动很大，之后很快回到正常的空载电流值，这个冲击电流我们叫做励磁涌流。励磁涌流的根木原因是变压器铁芯饱和。其大小的原因有很多，铁芯饱和程度、铁芯的剩磁、合闸时电压的相角等等。在变压器空载合闸这短暂时间，电压、电流的波形会畸变，

3、产生谐波。下面以一台单相变压器空载合闸为例。为了简便，变压器额定电压幅值U和额定磁通的幅值为。假设电源内阻抗为零，且不计合闸回路电阻涌流不衰减。图2变压器铁芯磁化曲线通常是以2π为周期变化，由图3-3可看出，合闸之后半个周期，磁通达到最大值Φ=2Φm，即瞬吋值是稳态值的两倍，此时铁心己极度饱和。根据图3-2可知，铁芯的饱和程度是冇限制的会影响励磁涌流的人小，同吋铁心的剩磁和合闸吋电压的相角也影响励磁涌流大小。由此可以得出结论，单相变压器，我们可以在电压最大吋合闸，能减小励磁涌流。但三相变压器就不行了，只能保证一相，其他两相只能介于0和最大值之间。图3变压器

4、过零合闸吋其内部磁通与系统电压之间的关系1.识别励磁涌流的方法0前基于间断角原理和二次谐波原理能有效识别出励磁涌流，国内的变压器差动保护装置主要也是基于这两个原理。此外，还奋波形对称原理，波形叠加原理、波形相关性分析法、波形拟合法这些利用波形特征来识别变压器励磁涌流的方法。最近，电压制动原理、等值电路原理、磁特性原理等也有应用和研宄。(1)间断角原理大量数据表明，励磁涌流波形中冇明显的间断角，而区内故障电流都是连续的，根据这个特点能区别二者；一般利用分相涌流判别方法，在变压器内部故障吋能迅速跳闸。但是，实现间断角原理奋下列难点：虽然励磁涌流的间断角出现在变压器的一侧，但是这些带

5、有间断角的电流进入电流互感器吋使CT饱合随之出来的间断角大打折扣，想要保持原来的特性加大了装置的复杂性。同时间断角要求的采样率很大，更高的要求对计算机硬件就被提出了。综上所诉，这些原因使间断角原理的应用受阻，没能更好地利用。除此之外硬件复杂和成本较高，在现实使用过程中要着进一步分析经济技术和现场考验。(2)波形对称原理波形对称原理顾名思义也是根据波形来区分励磁涌流和内部短路电流。先把流入差动继电器电流进行微分，一般来说内部故障电流是上下半波对称的，然而励磁涌流波形明显偏向一侧，比较微分出来的电流上半波与下半波是否对称，即可区分开二者。上面说到，由于励磁涌流的波形中出现间断角，导

6、致励磁涌流在一个周波波形的前半周与后半周不对称；而大量研究数据证明，变压器内部故障时的电流正弦波，波形的前半周与后半周是也几乎对称的。在此基础上，学者们又提出波形拟合法、波形相关性分析法等，其本质道理是大致相同的，换句话说都是间断角原理发展的产物。相对间断角原理好处是，它比较容易实现，对微机保护硬件要求没有那么高，降低了成本，更具有经济性。二、电力变压器保护的仿真设计与实现本节采用PSCAD软件来建立三相变压器空载合闸吋励磁涌流的仿真模型。仿真采用230kv电力系统，电源初相角为O°，电源内阻大小为1欧，内阻抗大小为0,等效为无穷大电源，频率为60Hz。变压器采用丫d的

7、接法，变比为132.79kv/35kv,漏抗标幺值大小为0.1，变压器容量为50MVA。利用PSCAD软件建立的电力变压器空载合闸模型如下：图4变压器励磁涌流仿真模型如下图，其中B1为高压侧三相断路器，它有两个控制按钮，0表示断路器闭合状态也是closed,1表示断路器断开状态，可以配合合闸角alpha逻辑进行闭合。显然变压器空载合闸前要确保断路器是断开状态。B2为低压侧三相短路器，它也有两个控制按钮，0表示断路器闭合状态，1表示断路器打开状态，用于控制负荷侧空载，使得空载合闸实验能顺利进行