利用数值仿真方法确定三相变压器深度饱和等效电路模型参数

精确的变压器深度饱和模型是分析电网过电压暂态过程的基础。而目前端口试验的方法只能得到额定运行时等效电路模型的参数,却无法得到过电压下深度饱和区的参数。该文提出利用数值仿真的方法确定三相变压器深度饱和等效电路模型参数,数值仿真的方法分为两种,包括基于端口数值试验的方法和基于电磁场分布计算磁阻方法。前者通过磁场和电路耦合的方法在变压器的端口设置开路或短路状态以确定等效电路参数,后者利用变压器各部分的磁通和能量的积分结果计算磁阻,再转换得到等效电路参数。计算磁阻的方法更适用于分析拓扑复杂、深度饱和的变压器等效电路模型参数。     

Study and Analysis of the Effect of Harmonics on the Hot Spot Temperature of a Distribution Transformer Using Finite-Volume Method

Transformers are critical components in power systems and their failure can cause long interruption of power supply. The condition of a transformer can be monitored by performing thermal analysis. The use of non-linear devices, such as rectifiers and converters, draws harmonic currents that increase losses in transformers, thereby increasing their operating temperature. In this article, a new numerical approach is presented for determining the rise in hot spot temperature in a 5-kVA, 400/400-V dry-type three-phase transformer laboratory prototype. The key novelty is that the additional winding eddy current loss due to non-linear loads is considered in the numerical modeling. The winding eddy current loss corresponding to harmonic distortion is estimated by conducting experiments and calculations. Numerical simulations are carried out for a wide range of non-linear loads using a commercial computational fluid dynamics package, FLUENT 6.3. The proposed numerical methodology is validated by performing experiments on the transformer for possible non-linear loads and comparing the measured hot spot temperature with the simulated values. Correlation equations for rise in hot spot temperature as a function of total harmonic distortion are presented, which can be used for estimating the life of transformers when connected to different types of loads.     

并网光伏发电系统励磁涌流抑制方法研究

在探讨太阳能并网变压器励磁涌流产生的原因及其影响因素的基础上, 分析现有励磁涌流抑制方法的优缺点, 提出了一种抑制变压器励磁涌流的新方法. 该方法采用V-f-t控制, 考虑了励磁非线性和剩磁的影响, 通过设置不同的V-f-t曲线抑制励磁涌流并进行比较. 仿真实验表明, 选择合适的函数曲线可以有效地抑制光伏并网变压器空载合闸时的励磁涌流.     

表征开口式电流互感器工作原理的解析模型

传统电流互感器一般采用闭磁路铁心设计,但受铁心材料存在磁饱和的限制,其在一次电流回路发生短路故障时,出现的直流电流分量会严重影响电流互感器的性能,导致其测量电流值的误差可能非常大。开口式电流互感器通过在磁路中引入空气隙,大大增加了磁路阻抗,可有效避免铁心饱和对电流互感器性能的影响。从开口式电流互感器的基本磁路和电路时域方程出发,建立了考虑二次侧负载效应时表征开口式电流互感器工作性能的解析模型。讨论了开口式电流互感器的不同参数对其工作性能的影响。所建立的解析模型,对实现测量用电流互感器与保护用电流互感器的兼容,以及提高用于电能表在线检测的钳形电流互感器测量准确度,均具有理论指导价值。     

电流互感器磁饱和裕度及其试验装置的探讨

为了解决电流互感器磁饱裕度的试验问题,对JJG 1021《电力互感器检定规程》所推荐几种试验方法的可行性进行分析。分析结果表明负荷误差曲线外推法可在不影响国家计量检定系统表中JJG 2082《工频电流比例计量器具检定系统框图》量值传递方式的基础上较好地解决电流互感器磁饱和裕度的试验问题。文章最后在分析测量结果不确定度的基础上提出了试验装置的关键技术参数,为电流互感器磁饱和裕度试验装置的研制提供理论依据。     

Transformer tank vibration modeling as a method of detecting winding deformations-part II: experimental verification

In Part I of the paper, a tank vibration model was proposed as a method to detect the winding deformations in power transformers. This model is incorporated in a model-based monitoring system for power transformers. In this paper, the experimental verification of the proposed model that calculates vibration on the transformer tank is reported. The model was validated in a 1500-kVA experimental transformer constructed as a reduced scale model of a 60-MVA 220-kV unit. In order to load the test transformer, the opposition method described in IEC 60076-2 Standard was used allowing to vary the load and power factor over a wide range. Sensors to measure vibrations and temperature were installed in the test transformer. The model was validated under different test transformer operating conditions. In order to verify the model's ability to detect failures, a deformation was provoked in the test transformer winding. Model predictions were compared with the measured vibration in that situation. The model has also been applied to four (30-40 MVA) grid transformers. Some results of this field validation are presented in this paper.     

电力变压器偏磁试验电源研制

分析了电力变压器磁化产生的原因、现象和危害,阐述了对变压器在带电状态下的磁化现象进行研究的必要性:提出一种新的测试电路连接方式,试验电源可避免直接承受高压,同时能向变压器注入连续可调的直流电流:通过分析磁化后励磁电流和磁通的关系,说明磁化现象产生的原因;通过建立等效电路,并结合磁化电流谐波组成,分析了回路中的电流成分,...     

CT饱和引起变压器差动保护误动的分析与对策

对电流互感器(CT)饱和后变压器差动保护误动机理进行了分析,并在对各种传统的防治CT饱和措施分析的基础上,提出采用Rogowski线圈作传感头解决CT饱和的新方法。基于Rogowski线圈的电子式电流互感器以其线性度好、无磁饱和、频带宽、高精度和高可靠性等特点,成为传统差动保护用CT的理想替代品。     

磁阀式饱和电流互感器的理论研究

普通高压在线取能电流互感器(CT)在一次大电流状态下铁心饱和,二次绕组感应电势畸变为尖峰脉冲电压,饱和程度越深,脉冲宽度越窄,导致难以稳定获取较大功率的能量。笔者通过对饱和机理深入分析,揭示出普通CT饱和过程中铁心磁导率变化和一次电流变化失配是内在原因,并由此提出了铁心饱和控制方法———区间配合法。基于该方法,通过对磁阀式饱和CT的工作原理、数学模型、工作特性及实验分析,表明磁阀式饱和CT可以实现铁心饱和过程中CT有效磁导率变化与一次电流变化的配合特性,能够满足一次电流大于200A时1W功率电源的在线取能要求。     

Dynamic thermal modeling of distribution transformers

A comprehensive test program was performed on a 2500-kVA oil natural-air natural cooling mode (ONAN) transformer without external cooling. It is shown that the hot-spot to top-oil temperature gradient depends on the transformer construction. The top-oil time constant formula, which has already been defined and validated in the authors' previous work related to transformers with external cooling, is modified in order to take into account the basic design differences. The results are verified by thermocouple measurements and tests at varying loading current. The hot-spot and top-oil temperature responses predicted by the IEEE Loading Guide, Annex G, are also compared to the measured values.     

变压器多特征励磁涌流识别方案研究

研究了变压器空投时,其等值电路模型参数在铁芯饱和后的变化情况,并通过分析不同情况下励磁涌流的特征,指出了传统励磁涌流判别方法的局限性。通过将传统方法优化组合,同时新加CT饱和识别判据,建立了一套多特征励磁涌流识别方案。通过对不同情况下励磁涌流的仿真分析,验证了所述方案的正确性。在高剩磁同时电压过零附近空充主变、低剩磁空充主变、无剩磁空充主变等环境下,所述方案均可通过多种识别方法配合正确地识别励磁涌流,可靠闭锁差动保护。在空投于故障变压器同时CT饱和时,所述方案也可根据CT饱和识别判据开放差动保护。     

基于规化求解法的电流互感器仿真

电流互感器饱和问题一直是影响保护正确动作的关键问题,所以需要对电流互感器饱和情况进行深入的研究,分析二次电流波形。选用一种拟合直流磁化曲线的数学函数,运用规化求解的方法建立电流互感器的仿真模型,并据此比较不同性质的二次负荷、剩磁和磁滞效应对电流互感器传变的影响,分析这些传变对继电保护的危害。所提出的规化求解法方便地解决了铁磁非线性仿真问题。     

开口式电流互感器耐直流性能研究

传统闭合磁路电流互感器易受直流分量影响引起磁饱和,导致测量误差非常大。定义了电流互感器耐直流性能的含义,从开口式电流互感器在考虑二次侧负载条件下的等效模型出发,分析了气隙长度对电流互感器有效磁导率和误差的影响,通过基于J-A模型从B-H磁滞回线分析了开口式电流互感器具有良好的耐直流性能。提出了基于比例直流叠加法的电流互感器耐直流性能检测方法,实验了气隙长度和直流分量对开口式电流互感器性能的影响。文中通过误差补偿使得开口式电流互感器兼顾耐直流性能和计量特性,为电流互感器在含直流分量负荷下准确计量提供理论基础。     

GIS用空芯线圈电流互感器及运行分析

介绍了110 KV气体绝缘开关(GIS)用空芯线圈电流互感器的原理及构成,将无磁饱和、频带宽、无剩磁的空芯线圈用于GIS中测量电流,具有体积小、可靠性高等突出优点。实际挂网的空心线圈电流互感器通过了0.2级的型式试验。挂网运行数据分析表明其满足实际应用要求。     

利用中性点电阻削弱变压器励磁涌流

提出了一种简单且经济的削弱空载合闸变压器励磁涌流的新方法：在变压器中性点串入一电阻,三相延时合空载变压器.通过对该方法下涌流峰值随中性点电阻值变化的曲线进行理论分析,给出了最佳电阻值的表达式.该方法只使用一个电阻,但抑制效果类似于在三相线路中分别串联电阻的方法,且对合闸时间没有很精确的要求.仿真和动模实验结果都验证了该方法的有效性.     

用于气体绝缘开关的新型空心线圈电流互感器

新型空心线圈电流互感器具有无磁饱和及动态范围宽等优点，与传统的电流互感器相比有着明显的优势。文中介绍了一种可用于220kV气体绝缘开关(GIS)的新型空心线圈电流互感器，互感器以Rogowski线圈为传感头，以FPGA为核心构成数字变换器，采用数字积分技术还原被测电流波形。文中给出了空心线圈电流互感器的原理、结构及实验结果。温度及电磁兼容等试验表明，该互感器性能稳定，满足电子式电流互感器标准(IEC60044—8)精度(0．2级)要求。     

一种分析双凸极电机非线性磁路的新方法

提出了双凸极电机非线性磁路的简化分析方法,即1/4回路磁通法。该方法可以在任意转子位置、任意励磁电流和电枢电流下求得各支路的磁通。与变网络等效磁路法相比,该方法形成非线性方程组维数少,节省计算时间。与有限元法计算结果和实验结果比较表明该算法具有较高的精度。     

不同电流互感器混用对线路差动保护的影响及对策的研究

分析了电磁式电流互感器和电子式电流互感器暂态特性的差异,提出了采用差分虚拟制动CT饱和开放的办法来解决不同互感器混用时线路光纤差动保护饱和误开放的问题。该方法能够有效解决因暂态传递特性不一致引起的饱和误开放问题。此外由于电子互感器二次时间常数与常规互感器有较大差异,导致在故障切除后电子互感器侧电流拖尾,会造成开关跳开后线路保护仍计算有差流,同时保护各侧电流互感器的二次电流衰减时间常数不一致也存在导致差动保护在区外故障电流切除时误动作。提出使用全周差分傅氏计算保护跳开相的电流,以避免造成线路保护跳令不能及时收回导致误启动失灵以及区外故障切除引起差动误动的问题。     

成套开关设备用接触式在线监测温度传感器电源的研制

接触式温度传感器应用于成套开关设备,其前端电源的获取是一个主要问题。笔者利用磁饱和原理,在开关柜母线上安装一电流互感器,使其铁心在小电流时正常励磁,大电流时磁饱和,并通过计算确定其尺寸,研制了满足功率和电压要求的前端电源,从而为后端的接触式传感器和温度在线监测系统提供了稳定、不间断的电源。     

三相三柱变压器对偏磁电流的耐受特性研究

为了分析三相三柱电力变压器在高压直流输电系统大地回流作用下运行性能的变化情况,采用电路—磁路耦合的数值方法建立了包括变压器内部主要漏磁回路在内的该型式变压器详细模型,并利用该模型通过改变漏磁磁阻值重点讨论了漏磁回路对变压器耐受直流电流偏磁能力的影响。仿真分析结果表明,三相三柱变压器内部漏磁回路特性对变压器受直流电流偏磁作用的影响不可忽视。当漏磁磁阻减小至一定程度时,该种型式变压器仍然会受到直流偏磁电流的影响,因此在三相三柱变压器设计制造环节应对其漏磁回路加以充分考虑。