变压器励磁涌流负序高次谐波的研究

变压器在空载合闸过程中会产生励磁涌流,其中励磁涌流中含有大量二次谐波。之前一般通过判别二次谐波含量或电流波形间断角来甄别励磁涌流。从另外一个角度即变压器负序高次谐波含量对变压器励磁涌流进行研究,通过Matlab仿真不同剩磁和对不同磁通饱和情况下,变压器空载合闸过程励磁涌流中负序高次谐波含量进行比较,得出变压器励磁涌流负序高次谐波的一些特征。     

一种变压器空载合闸励磁涌流抑制技术的研究

在分析了变压器励磁涌流产生机理和现有变压器励磁涌流抑制技术的基础上,提出了一种新的方法来抑制变压器励磁涌流--在变压器的一次侧采用Zigzag接法.这种方法的基本原理是通过降低空载合闸过程中变压器铁心的饱和程度,从而达到减小变压器励磁涌流的目的.理论分析和Pspice仿真结果表明,这种方法能够减小变压器空载合闸时的励磁涌流.     

主变励磁涌流的产生与鉴别

文章阐述了变压器励磁涌流的产生机理和性质,结合现场工作的经验,介绍了变压器空载合闸时励磁涌流的鉴别方法并在理论分析的基础上,分析了变压器合闸初相角、饱和磁通和剩磁对励磁涌流的影响。     

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。     

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。     

控制合闸电压幅值的变压器励磁涌流抑制方案

在分析变压器励磁涌流的影响因素和推导励磁涌流与各影响因素间数学关系的基础上,提出了一种基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制方案。该方案通过选择适当的合闸电压幅值控制曲线,对合闸电压的幅值进行控制,确保变压器空载合闸过程中产生的磁通不超过饱和磁通,从而达到抑制空载合闸励磁涌流的目的。根据磁通不等式约束与暂态磁通分量衰减规律给出了电压幅值控制函数,并推导了电压幅值控制函数中初值与变化斜率两个参数的上下限。采用PSCAD/EMTDC软件分别对单相和三相变压器不同状态下的空载合闸过程进行了仿真,并对磁通、励磁涌流、差动电流等参数进行了对比分析。仿真结果表明,通过控制合闸电压的幅值达到控制励磁电流大小的目的,能够将励磁涌流控制在数值较小的范围内,从而克服励磁涌流的影响。     

一种直接消除变压器合闸励磁涌流的方法

变压器在轻载或者空载的情况下合闸通电,可能导致一次绕组流过励磁涌流。涌流出现的原因在于变压器铁心因合闸角、剩磁等各种条件的综合作用而进入饱和区甚至是深度饱和区。励磁涌流对变压器自身和电网的电能质量都有不利影响,本文提出了一种基于二阶欠阻尼电路和分压器组成的涌流抑制器,来消除变压器合闸时刻出现的励磁涌流。利用三卷变压器的第三绕组,配以"涌流抑制器"来实现施加在三卷变压器的第三绕组上的电压幅值逐渐爬升,同时保证施加在两个绕组上的电压幅值不同、但相位相同,以起到对励磁涌流的抑制作用。仿真结果证实了该方法的正确性和有效性。     

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。     

一种有效抑制变压器空载合闸励磁涌流的方法

针对于变压器空载合闸时励磁涌流的危害性,建立了变压器励磁涌流的数学模型,分析了励磁涌流与变压器剩磁、空载合闸角、励磁阻抗及其幅值之间的关系,在此基础上提出抑制励磁涌流的具体实现方法。     

基于合闸电阻的变压器励磁涌流相控技术研究

分析了励磁涌流产生机理,借助数学手段推导出励磁涌流与磁链、合闸相角和合闸电阻的关系,得到了最佳合闸相位的计算公式,阐述了合闸电阻抑制励磁涌流的原理。提出合闸电阻与相控技术相结合的方法,使励磁涌流抑制效果达到最佳。采用ATP暂态仿真软件,搭建了三相变压器系统仿真模型,对合闸电阻接入阻值、接入时间、相控合闸进行了仿真与分析,得出了抑制励磁涌流的最佳方案。最后,通过三相变压器空载合闸实验来验证最佳合闸相位的合理性,对减小空载变压器合闸励磁涌流有指导意义。     

A novel magnetizing inrush current suppressor of energized transformers

The magnetizing inrush possibly occurs when the transformer is energized in the case of no load or a light load. The reason rests with the saturation state or even deep saturation state of the transformer core due to many factors such as inception angles, residual flux, and so on. Both the transformer itself and the power quality in the power system will be adversely impacted by the magnetizing inrush. By utilizing the tertiary winding of a three‐windings transformer, a new technique called ‘magnetizing inrush suppressor’ (MIS) is proposed to eliminate the inrush. When the transformer is switched on, it allows the voltage on the tertiary winding to climb gradually and ensures that the voltages on both sides have the same phase but different magnitudes. In this case, the inrush current can be eliminated successfully. Finally, simulation tests based on PSCAD are performed and analyzed in detail, and the validity of the proposed approach is confirmed. © 2016 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

三相多芯柱电力变压器的谐波模型研究

提出了一种基于铁芯拓扑结构的三相多芯柱电力变压器谐波建模的新方法，将三相变压器用一组电路和磁路方程来描述，选用激磁主磁通和磁动势作为联接电路方程和磁路方程的中间变量。将三相变压器的谐波建模问题归结为三相变压器激磁电流的分析和计算，详细阐述了三相三芯柱变压器和五芯柱变压器激磁电流的计算和分析方法。在该模型中用单值磁化曲线来描述变压器铁芯的饱和效应，而涡流、磁滞和杂散损耗用三个等值电阻来模拟的。作者还讨论了建立相坐标下三相变压器谐波模型的基本方法。     

An analytical model of the emission of magnetizing-current harmonics by a power transformer under the action of quasi-direct currents

This article validates the possibility of a piecewise linear approximation with one breakpoint of the magnetizing characteristic of a power transformer for studying the processes of unilateral saturation of a magnetic system during periods of a high geomagnetic activity, which is caused by space-weather disturbances. An integral quantitative characteristic of a piecewise linear approximation is proposed that takes the features of the main magnetization curve of electric steel and the structural features of the power-transformer magnetic system into account. An analytical model is developed that allows determination of the instantaneous values and the harmonic structure of the magnetizing current at different intensities of quasi-direct currents. Two specific levels of the geomagnetic activity are determined. At one of them, the even harmonics of the magnetizing current are maximized, while at the second level the fundamental harmonic of the magnetizing current reaches a maximum that exceeds the certified value of the open-circuit current of the power transformer by several times.     

一种大容量的串联型有源电力滤波器

为了能制造出大容量的串联型有源电力滤波器,提出了在串联变压器二次侧设计有多个绕组,每个绕组配置一个逆变器单元。该单元向相应的二次侧注入幅值相同、相位相反的基波电流,在补偿系数等于1或略大于1时,在串联变压器一次侧对基波呈近似为0的阻抗,而对谐波呈现高阻抗,从而迫使谐波流入无源支路。实验结果证明了原理分析的正确性。     

特高压直流换流变压器励磁涌流及其抑制

对换流变压器空载合闸引起的励磁涌流进行研究是特高压直流工程过电压、滤波器设计以及保护配置的重要依据之一。为研究特高压直流换流变压器励磁涌流产生的原因,结合铁磁性材料的饱和特性曲线,从原理上说明励磁涌流的产生条件。结合单相换流变压器简化数学物理模型分析,建立电磁暂态仿真模型进行验证,仿真模型基于±1 100kV特高压直流用高压端换流变压器,根据系统主回路参数计算结果,将其作为设计输入提供给变压器制造厂商,并推算出换流变压器饱和特性曲线。最后研究了系统短路容量、合闸电阻以及选相合闸对励磁涌流的影响及抑制作用,研究结果对于特高压直流,特别是±1 100kV直流系统换流变压器的励磁涌流及其抑制具有指导意义。     

基于磁制动原理的特高压变压器励磁涌流快速识别

针对特高压大容量三相分体变压器差动保护，提出一种基于磁特性的励磁涌流快速识别新方案，该方案充分考虑了特高压变压器端部接长距离输电线路的实际特点，配合自适应数字低通滤波器计算变压器等效瞬时磁阻，有效解决了内部故障时由于变压器模型简化造成的计算误差问题。根据内部故障和励磁涌流时等效瞬时磁阻的不同变化特征，能够在10 ms识别出励磁涌流，同时还考虑了内部故障TA饱和的影响，能够保证在TA严重饱和情况下做出正确判断。该方案识别速度快、可靠性高、整定方便，具有广阔的工程应用前景。实验结果验证了其快速性和可靠性。     

基于瞬时励磁电感频率特性判别变压器励磁涌流

基于变压器瞬时励磁电感基频分量的有无，提出了判别励磁涌流与内部故障的新方法。涌流时变压器铁心必然经历饱和与非饱和过程，瞬时励磁电感是时变、交替变化的，具有较大的基频分量；内部故障时，变压器铁心工作于线性区，瞬时励磁电感恒为常数，无基频分量。据此，可实现励磁涌流与内部故障的有效判别。但瞬时励磁电感很难精确求取，为方便计算，提出了等效瞬时电感的概念，论证了其基频特性的等效性。动模实验有力地证实了所提方法的可靠性与安全性。     

Frequency dependent eddy current models for nonlinear iron cores

Frequency dependent representations of eddy currents in laminated cores of power transformers are developed. One representation is based on a continued fraction expansion for the frequency dependent magnetizing impedance while the other is based on a discretization of flux distribution within the lamination. Both models are low order and reproduce the frequency characteristics of the transformer magnetizing branch up to 200 kHz with less than 5% error. The importance of modeling the frequency dependence of eddy currents for the calculation of the transient recovery voltage across a low voltage transformer breaker interrupting a nearby fault is demonstrated     

500 kV电力变压器直流偏磁耐受性能的仿真研究

为了深入研究500 kV电力变压器的直流偏磁耐受性能,根据J-A磁滞回线理论,基于电路磁路模型建立了500 kV自耦变压器的直流偏磁仿真模型,通过改变J-A模型中的关键参数,仿真研究了矫顽力、剩磁和磁滞损耗等硅钢片磁化特性对500 kV变压器直流偏磁耐受性能的影响。仿真结果表明,变压器直流偏磁时,励磁电流出现畸变,有偶次谐波出现,励磁电流随直流分量的增大呈现不同的增幅。当磁滞回线的矫顽力增大时,励磁电流及其总谐波畸变率随外加直流分量的增幅变小。当剩磁和磁滞损耗增大时,励磁电流及其总谐波畸变率随外加直流分量的增幅加剧。研究结果可为大型变压器直流偏磁耐受能力评估及直流偏磁抑制措施提供理论依据和新思路,具有一定的实用价值。