基于PSCADEMTDC的三相变压器空载合闸仿真分析.pdf

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1、第33卷第5期东北电力大学学报V01．33．No．52013年1O月JournalOfNortheastDianliUniversity0ct．．2013文章编号：1005—2992(2o13)05—0031一O5基于PSCAD／EMTDC的三相变压器空载合闸仿真分析徐桂青，张丽娣2，崔新振，赵亚鑫(1．东北电力大学电气工程学院，吉林吉林132012；2．吉林供电公司，吉林吉林132012)摘要：在变压器经济运行过程中存在着空载合闸的现象，而在随机关合空载变压器的时候会产生幅值很大的励磁涌流，可能导致继电保护装

2、置误动作，降低电能质量。针对此种情况，提出一种变压器软启动控制策略来有效减小励磁涌流，并基于PSCAD／EMTDC搭建的变压器空载合闸仿真模型，通过仿真算例分析，验证了变压器软启动控制策略的可行性和有效性。关键词：励磁涌流；变压器软启动；变压器经济运行；PSCAD仿真中图分类号：TM407文献标识码：A变压器正常稳态运行时，其空载电流占额定电流的0．35％～10％，但是当变压器空载合闸时可能会引起变压器铁心过度饱和，从而产生励磁涌流，在最不利的情况下可达变压器额定电流的6～8倍¨J。空载合闸电流对变压器本身危害

3、不大，但是它能引起变压器一次侧的过电流保护装置动作，而使变压器合不上闸。与此同时，在空载合闸瞬变过程中，电流和电压的波形发生畸变并产生谐波，有时甚至可能引起电力系统谐振产生过电压，考虑到变压器的经济运行，抑制励磁涌流具有重要意义。目前常用的抑制励磁涌流的方法有并联合闸电阻法，内插电阻法，变压器分合闸技术，改变变压器绕组的分布和变压器低压侧并联电容器法等j。文献[4]考虑剩磁对励磁涌流的影响，利用中性点串接电阻抑制首合相励磁涌流的暂态过程并结合延迟合闸策略限制另外两相的励磁涌流幅值。文献[5]在变压器一次侧采用Z

4、igzag接法，通过降低变压器铁心的饱和程度，达到减小励磁涌流的目的。文献[6]提出一种基于二阶欠阻尼电路和分压器组成的涌流抑制器，以此消除合闸时出现的涌流。文献[7]利用人工神经网络建模预测分合闸时间，提出同步开关智能化的概念。文献[8]介绍了同步关合技术减小励磁涌流的原理。为了简单有效经济的减小变压器空载合闸时产生的励磁涌流，本文提出了变压器软启动控制策略，并基于PSCAD／EMTDC搭建变压器空载合闸仿真模型，并对其仿真结果进行分析。1变压器空载合闸数学模型本文以一台单相变压器的空载合闸时铁芯的磁通量变化

5、为例来分析励磁涌流的产生原理，其主电路结构示意图如图1所示。在t=0时合闸，变压器一次侧微分方程如式(1)所示。收稿日期：2013—07—10作者简介：徐桂青(1986一)，女，山东省潍坊市人，东北电力大学电气工程学院在读硕士研究生，主要研究方向：智能配电网32东北电力大学学报第33卷+Ⅳ=％／2U1sin(∞+)，(1)Z1式中：Ot为t=0时电压初始相位角。由于电阻的压／r，ll、。-—·I一降ir较小，可以忽略不计，因此式(1)变为：(。。I—：(I／v1：,／r2-u1sin(∞+)．(2)：(。。I一

6、。。。●一I通过式(2)可以得到———=m[COSOt—cos(tot+)]，(3)其中：为稳态磁通最大值。图1变压器空载合闸示意图由式(3)可以看出，磁通的变化与合闸时电压初相角有关。研究如下两种极端情况。(1)当Ot=7r／2时，此时一次侧电压达到最大值。由式(3)得：=sintot，这种情况和稳态运行一样，从合闸开始，变压器一次侧电流。就建立了稳态磁通sintot，因此不发生瞬变，一次侧电流为正常运行时的稳态空载电流。(2)当O／=0时，此时／／,=0。由式(3)得：=一costot．(4)从合闸开始经过

7、半个周期时，磁通达到最大值=2，即瞬变过程中磁通达到稳态分量最大值的2倍，此时铁心已极度饱和(B点)，根据铁心磁化曲线(如图2所示)，励磁涌流()可达到正常运行时空载电流(i)的100倍以上。由此可知，变压器空载合闸时励磁涌流大小与铁心饱和程度有关，同时铁心的剩磁和合闸时电压图2的相角也影响其大小。对于单相变压器，为了消除剩磁，可以在电压最大值时合闸；但是对于三相变压器，不可能同时在最大电压下合闸，铁心中只能有一相剩磁为零，其他两相的剩磁介于零和最大值之间，所以不能简单的通过在最大电压处合闸减小励磁涌流。⋯一⋯

8、⋯⋯一i2变压器软启动控制原理变压器软启动合闸主电路中主要有三部分构成，分别为电源，软启动器和变压器，其主电路结构示意L⋯⋯⋯⋯⋯⋯一一’电源变压器软启动器变压器图如图3所示。图3三相变压器空载合闸软启动电路本文是采用降压启动的方式来实现软启动，电压的调整过程如图4所示，电压斜坡启动可以通过设置初始电压以及斜坡启动的时间t。来限制启动时的冲击电流，实现变压器的平稳启动。变压器软启动的控