变压器空载合闸励磁涌流试验和仿真分析

变压器在空载合闸时,由于铁心饱和,引起励磁涌流,可能导致继电保护装置误动作、引起过电压而损坏设备的绝缘。针对此问题,采用EMTP/ATP软件对单相和三相变压器空载合闸进行仿真,研究饱和变压器模型、BCTRAN模型和Hybrid模型在变压器空载合闸仿真中的适用性和准确性,并且对一单相变压器进行空载合闸试验,研究其在不同合闸角和剩磁下的励磁涌流波形,对照分析仿真结果的准确性。结果表明,饱和变压器模型无法考虑磁滞和剩磁,其计算结果和实际结果偏差较大;BCTRAN模型通过添加外部非线性元件仿真铁心磁滞特性,计算结果较为接近试验值,但计算波形和试验波形有偏差;Hybrid是基于对偶性原理的磁路模型,更好的体现了磁通在铁心柱、铁轭以及气隙的流通路径,能更为准确的仿真励磁涌流大小和波形,所以在在变压器空载合闸仿真中推荐采用Hybrid模型。     

计及铁心动态磁化特性的三相变压器励磁涌流的仿真研究

介绍了计及铁心饱和，磁滞，局部磁滞和原始剩磁影响的三相三柱式变压器磁励涌流的仿真数学模型及仿真计算程序，对三相三柱式变压器空载合闸时的励磁涌流作了仿真计算，并对其结果进行分析。     

变压器3种励磁涌流抑制措施效果比较

变压器空载合闸过程中容易产生励磁涌流,对变压器和电网中其他设备正常运行都具有很大威胁。文中首先对变压器励磁涌流产生的原理进行了分析,推导了单相变压器励磁涌流的近似表达式,并介绍了改进Jiles-Atherton(J-A)磁滞模型的理论以及使用J-A模型计算励磁涌流的方法。随后,基于PSCAD仿真软件,使用改进J-A模型,对预先消磁、合闸电阻、选相合闸3种变压器励磁涌流抑制措施进行了仿真,并分析了方法的效果及适用情形,为抑制变压器励磁涌流时方法的选择提供了参考。     

人工神经网络在变压器励磁涌流仿真中的应用

变压器励磁涌流计算的准确程度与铁心的非线性饱和、磁滞及剩磁等因素有关.采用BP算法训练了1个3层前向型神经网络来模拟铁心的动态磁滞回线,用于变压器空载投入电网后励磁涌流的仿真.研究了剩磁、合闸角度对励磁涌流的影响,仿真曲线与实验曲线基本吻合,仿真结果表明,这种方法正确、可行,为提高变压器励磁涌流计算的准确性提供了一条新的途径.     

基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析

利用MATLAB软件中的电力系统模块库(PSB),建立了分析变压器饱和特性的系统仿真模型。使用该模型,对考虑磁滞、剩磁影响时的变压器饱和特性及变压器在空载合闸瞬变过程中励磁涌流及其影响因素、谐波的变化等进行了仿真分析,为分析变压器的特性提供了简单有效的手段。     

基于变压器动态非线性模型励磁涌流的研究

基于变压器铁芯拓扑结构建立了电路方程和磁路方程并进行了深入分析,然后将电路方程和磁路方程结合起来,利用Jiles-Atherton铁磁磁滞原理模拟变压器铁芯磁滞特性曲线,建立了计及剩磁的变压器非线性模型。基于所建立的变压器模型研究了在不同剩磁不同合闸角情况下变压器空载合闸的励磁涌流,结果显示了剩磁和合闸角对磁滞曲线和励磁涌流都有很大的影响,磁滞曲线的畸变程度则决定了励磁涌流的大小。     

通过改变外电路电容减小变压器剩磁的方法

由于磁滞效应,变压器分闸后铁心中会有剩磁。再次合闸时,若合闸角不合适剩磁会使铁心进入饱和区,引起励磁涌流。励磁涌流会造成继电保护装置动作而使合闸失败,另外,非正弦励磁涌流可能会引起电力系统谐振而使其失去稳定性。如果要消除剩磁,可以在绕组中施加一个振荡衰减的电流进行铁心消磁,但这需要一套消磁电源和复杂的操作,实际中也鲜有应用。因此,理想的情况是让变压器分闸后直接没有剩磁或剩磁很小,不再需要额外采取方法消磁。文中提出一种基于自动消磁原理的减小变压器剩磁的方法,思路是利用变压器外接电路中的电容效应,主要是断路器的并联均压电容,使分闸后的电流在电容与变压器的等效电感的共同作用下发生一定程度的振荡。该振荡衰减电流相当于一个铁心退磁电流,使铁心内的磁场终止于较小的量值。首先给出剩磁大小随外电路中电容值的变化特性仿真结果,然后通过仿真计算给出断路器上的并联均压电容在多大时能够实现足够的铁心退磁效果。另外还分析断路器和变压器的对地电容对剩磁的影响特性。最后,给出电容的综合配置方案和此方法的适用范围。     

计及磁动态特性的变压器励磁涌流机理分析

变压器的空载合闸过程容易引起较大的励磁涌流,进而影响甚至危害变压器和电力系统的正常运行.对变压器励磁涌流的机理进行深入研究及仿真,对于保证电力系统运行安全以及变压器的继电保护定值的设置具有十分重要意义.在考虑变压器的磁饱和及磁滞特性基础上,利用计及变压器铁心磁滞特性的非线性数学模型,对三相变压器励磁涌流形成的机理及影响因素进行了分析,并采用了并联的非线性补偿电流源来模拟变压器的非线性特性.最后,对三相变压器在不同合闸时间点的励磁涌流及谐波特性进行了仿真,结果表明文中所采用的方法是正确可行的.     

计及磁动态特性的变压器励磁涌流机理分析

变压器的空载合闸过程容易引起较大的励磁涌流,进而影响甚至危害变压器和电力系统的正常运行。对变压器励磁涌流的机理进行深入研究及仿真,对于保证电力系统运行安全以及变压器的继电保护定值的设置具有十分重要意义。在考虑变压器的磁饱和及磁滞特性基础上,利用计及变压器铁心磁滞特性的非线性数学模型,对三相变压器励磁涌流形成的机理及影响因素进行了分析,并采用了并联的非线性补偿电流源来模拟变压器的非线性特性。最后,对三相变压器在不同合闸时间点的励磁涌流及谐波特性进行了仿真,结果表明文中所采用的方法是正确可行的。     

1000 kV变压器励磁涌流及抑制方法仿真研究

采用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件,建立了计及铁心饱和与磁滞特性的1 000 kV变压器励磁涌流仿真模型,研究了多种合闸工况下1 000 kV变压器励磁涌流及断路器选相分合闸装置对励磁涌流的抑制效果,结果表明:当考虑断路器动作时间误差时,选相分合闸装置对变压器励磁涌流的抑制效果降低,提出了联合断路器选相分合闸与并联合闸电阻方案,加强励磁涌流抑制效果,保障电力系统安全稳定运行。     

大容量变压器消磁必要性及措施探讨

大容量变压器空载合闸产生的励磁涌流是引起保护动作、损坏变压器内部结构的主要问题之一。文章通过分析铁磁材料的磁滞特性,阐明了变压器剩磁的产生机理。以双绕组变压器空载合闸模型为例,推导合空变后暂态磁感应强度和励磁涌流的计算式,找到了合闸角为0°且与剩磁同向时励磁涌流最大,并搭建了500 kV变压器仿真计算模型对比合闸角0°和90°的情况,证明了剩磁存在情况下,励磁涌流会使得合空变有概率失败,并使保护动作及危害设备,因此有必要对停运后的大容量变压器进行消磁。仿真结果表明,经过直流退磁后,变压器内剩磁含量非常小,变压器可保证合闸成功。     

换流变压器空载合闸励磁涌流有限元磁场仿真及受力分析

换流变压器在现场空载合闸时,其绕组内部可能会流过较大的励磁涌流,励磁涌流条件下换流变压器内部的磁饱和特性及受力情况在工程设计中不可忽略。为此,以某实际工程换流变压器网侧绕组空载合闸为例,采用Magnet软件3D有限元对电磁场域在无剩磁条件下不同合闸角度的励磁涌流进行仿真计算,且对于最严苛合闸角度叠加铁心剩磁工况下的励磁涌流进行仿真,并将仿真结果和工程经验算式结果进行对比,证明此仿真方法有效性;同时对励磁涌流条件下换流变压器内部不同部件的饱和特性进行深入研究,提出一种采用2D有限元轴旋转场域考虑换流变压器不同切面条件的绕组受力分析方法,并对换流变压器在最大励磁涌流条件下进行绕组受力剖析,结果表明工程设计中需采用2种切面条件下进行受力分析。     

基于剩磁测量的选相关合技术

由于空载合闸时变压器铁心存在剩磁并且断路器合闸相位角的随机性影响,铁心总磁通大幅增加,变压器进入饱和区运行,从而导致其绕组内产生幅值很大、谐波含量丰富的励磁涌流。励磁涌流容易造成继保装置误动作,影响电力系统的正常运行。为了解决这个问题,找到了通过测量铁心剩磁来寻找最佳合闸相角的选相关合技术来抑制励磁涌流。计算与仿真证明,选相关合技术能够很好地抑制变压器空载合闸时的励磁涌流。     

电力变压器铁心剩磁测量方法研究综述

电力变压器铁心中存在剩磁时,将加速铁心的磁化饱和,导致空载合闸时励磁涌流过大,严重影响变压器和电网的安全、稳定运行。准确测量剩磁是避免励磁涌流危害电网安全的重要工作。文中主要介绍了现有的几种测量剩磁的方法:经验估计剩磁、基于铁心磁化模型的计算方法、电压积分法、基于励磁涌流的剩磁测量方法和基于漏磁的剩磁测量方法,分析了其工作原理、适用范围、优缺点以及需要解决的问题,并对剩磁测量方法的发展方向进行了展望。     

一种消除单相变压器励磁涌流的预充磁策略

变压器空载合闸或切除故障合闸都伴随着励磁涌流的出现,励磁涌流的大小受合闸角、剩磁、系统阻抗参数等因素的影响。提出了一种消除单相变压器励磁涌流的策略,利用预充磁装置改变变压器铁心中的磁通,当接近极限磁滞回线的剩磁时,控制断路器的合闸,从而消除励磁涌流。通过理论推导,确定了预充磁装置电容大小与电容电压之间的关系、铁心的充磁程度以及对应的相位。最后,以某单相变压器为例,利用Simulink仿真,验证了该策略。     

考虑磁滞特性变压器PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真建模方法及励磁差异性分析

为了研究高压直流输电中励磁涌流问题,该文结合ATP-EMTP电磁暂态仿真软件中描述铁心铁磁材料磁滞特性的非线性电感Type96以及BCTRAN共同建立考虑磁滞特性变压器模型思想,提出一种考虑磁滞特性变压器PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真新模型。该模型在经典模型的基础上增加了考虑磁滞特性的励磁支路,利用试验获得的最大磁滞回线数据便可有效地反映变压器的磁滞特性,验证表明该模型能很好地反映变压器磁滞特性,且因参数易得,便于用户在PSCAD/EMTDC中仿真使用。同时也仿真研究利用磁滞回线和磁滞中线模拟变压器励磁特性的差异性,得出采用磁滞中线代替磁滞回线来模拟变压器铁心励磁特性在励磁涌流峰值上具有一致性,但磁滞回线对涌流稳态过程特别是谐波特性有较大影响。     

变压器铁心剩磁估量

实现同步关合技术的关键是有效预估变压器分闸后铁心中的剩磁,提出了一种变压器铁心剩磁估量方法,依据变压器空载合闸后在变压器一次侧检测到的电压电流数据和空载合闸角,寻找变压器的铁心饱和时刻,估量变压器分闸后铁心中的剩磁。通过实验室物理模型就变压器空载合闸进行了数百次实验,依据变压器铁心饱和后的电压电流数据和空载合闸角对变压器铁心剩磁给予了估量。基于变压器铁心剩磁估量的结果,获取了变压器分闸角与变压器铁心剩磁的关系特性。     

基于J-A磁滞模型的高效电磁暂态变压器建模

提出了一种基于J-A(Jiles-Atherton)模拟变压器磁滞的电磁暂态变压器模型,使用差分的方式得到离散化模型,并采用注入电流源的方式将J-A磁滞模型加入到变压器中。通过深入分析不同仿真步长下J-A模型方程的数值特性,使用多速率仿真方法改进了J-A磁滞模型的计算效率;通过多个算例的对比测试验证了所实现模型的正确性;通过对计算耗时的对比测试验证了所提出计算模型对计算效率的提高。为在电磁暂态仿真平台实现基于J-A模型的变压器磁滞模拟提供了一种高效可靠的实现方法。     

基于EMTP/ATP的变压器建模及仿真

变压器是电力系统中的重要元件。基于EMTP/ATP建立了用于励磁涌流分析的变压器暂态仿真计算模型,该模型将非线性电感元件Type—96接在线性变压器元件BCTRAN低压侧节点,考虑了铁心的饱和磁滞特性以及铁心和绕组的结构型式。在此基础上搭建了胜利油田35 kV降压站空投变压器的EMTP仿真测试系统模型,通过设定开关元件的通断时刻来模拟合闸角度及剩磁的影响,通过TACS积分元件来求解主磁链,而后基于所建立的模型进行了仿真试验,并运用离散傅里叶算法(DFT)对涌流中的谐波成分进行了分析。仿真计算结果表明:该变压器仿真计算模型能够较好地应用于对实际系统的分析和研究,为现场工程师进行差动保护的设计整定提供指导和借鉴。文中的模型和方法可以对更为复杂的变压器瞬变过程以及TA的传变特性进行分析,亦可对不同的保护算法进行测试、评估和优化。     

一种用于变压器直流偏磁状态下的改进型Jiles-Atherton模型

Jiles-Atherton(J-A)理论在半宏观磁滞建模领域应用广泛。但因存在仅包含交流分量、对偏磁状态下的磁滞曲线描述不完整等缺陷,致使基于其建立的变压器直流偏磁模型存在较大误差。首先对正常励磁状态下的J-A公式进行推导修正。基于此通过引入直流分量,改进了J-A理论在直流偏磁状态下的无磁滞磁化曲线和磁化强度的微分表达式,并对其牵制系数k进行修正。接着提出一种基于改进J-A公式的变压器直流偏磁模型。最后,用一台500 kV电网的算例变压器来验证改进J-A公式用于变压器直流偏磁时的准确性。经验证,修正模型仿真结果与实测数据误差更小,在不改变原J-A理论物理机制的前提下改进模型能得到偏磁状态下的非对称磁滞曲线且可以更加精确的描述励磁电流值。