变压器励磁涌流的仿真研究

柴勇权

摘 要：对变压器空载合闸的电磁瞬变过程进行工程计算很复杂。文章利用MATLAB的simulink仿真中的电气系统模块库（sim power systems），为研究分析肇庆大旺电厂水岛变压器空载合闸瞬变过程建立了仿真模型，它可以分析该变压器在空载合闸瞬变过程中励磁涌流、磁通以及谐波的变化情况。并对仿真结果进行简要分析，对研究变压器空载合闸的瞬变过程有一定指导意义。

关键词：水岛变压器；空载合闸；励磁涌流；simulink仿真

引言

变压器空载合闸时，由于铁芯饱，励磁电流将很大，最严重时可达正常励磁电流的上百倍（或数倍的变压器额定电流）。励磁电流的最大值可以达变压器额定电流的4-8倍（与变压器的额定容量有关），这一远远超过正常励磁电流的合闸电流被称为励磁涌流。

励磁涌流的大小与合闸时电压的相角、变压器铁芯剩磁和饱和程度等有关。另外，在变压器空载合闸瞬变过程中，电压电流的波形也会畸变，产生谐波。一定的条件下甚至引起电力系统谐振，引起过电压。

工程上分析计算变压器空载合闸的瞬变过程非常复杂，一般要作若干的简化，如假定铁芯不饱和且无剩磁，忽略一次绕组的电阻等。

文章用MATLAB仿真软件对变压器空载合闸的瞬变过程进行仿真分析，展示分析了其磁通、励磁涌流、谐波等物理量，对工程应用提供了便捷有效的手段。

1 三相变压器模型仿真

1.1 模型及参数

图1中部分元件参数以国电肇庆大旺电厂为例：电源额定电压UN=6.3kV，内部电抗电阻比设为7；水岛变压器型号为SCB10-1600/6.3，参数：SN=1600KVA，绕组联结方式为Dyn-11，额定电压为6.3/0.4 kV；增益模块K1=1/U1Nm，K2=2？仔f/U2Nm（其中U1Nm为一次侧电压的幅值）。增益模块用于转换测量量为标幺值。断路器有一个控制端接计时器，可控制断路器的分合闸时间，合闸时间0.1S，仿真时间2S。水岛变主保护采用比率制动差动保护，采用二次谐波制动来躲过变压器空载合闸涌流，二次谐波制比为0.2。

1.2 仿真结果分析

为提高仿真效率，仿真算法选为ode23t，仿真时间2s。变压器A相励磁电流波形，二次谐波含量标幺值波形，变压器出口三相短路时的二次谐波与电流波形如图2-5。

可见，电流涌流波形在合闸瞬间值达到最大，在时间轴一侧呈指数衰减。在一定情况下变压器空载合闸时，二次谐波标幺值最大值小于0.2，而使励磁涌流引起二次谐波制动式差动保护误动（二次谐波制比），而适当降低二大次谐波制比，则可有效降低变压器空投时差动保护误动的情况。又由仿真图形可得出，变压器外部短路时或其他故障扰动时，电流中可能含有少量二次谐波，甚至大于0.2，若二次谐波制比选取过低则会降低内部故障时差动保护的动作速度（等待短路电流中二次谐波含量衰减），故而二次谐波制比不能选取过低，以防故障时保护拒动，一般0.15-0.2为宜。

国电大旺电厂就曾出现过水岛变检修后空载充电时，连续两次励磁涌流引起差动保护误动，延误了送电时间。后经检查确认，将系数由0.2改为0.15，效果良好，至今未曾出现过误动情况。

若空载合闸前变压器故障已经存在，合闸后故障相为故障电流，非故障相为励磁涌流，此时差动保护将被闭锁（任意一相中二次谐波含量大于定值闭锁保护出口，待二次谐波衰减至低于定值后解除闭锁）由于励磁涌流衰减很慢，保护动作时间可能会达几百毫秒。为了防止这一情况，在空投变压器之前，必须测量变压器高低压对地绝缘以及相间绝缘和绕组的直流电阻。此外我厂干式变压器（包括水岛变）还配置有电流速断保护与比率制动式差动保护共同作为变压器主保护（动作值为10IN），当变压器内部严重故障时，不经任何闭锁和延时直接动作，切除故障。

2 结束语

Sim power system是simulink仿真中一个具有强大功能的工具箱。文章对变压器空载合闸时的励磁涌流进行仿真分析，得到变压器励磁涌流的波形及谐波特征，为抑制变压器励磁涌流、整定变压器的纵差动保护提供了前提基础，对今后的工作具有十分重大的意义。

参考文献

[1]黄绍平，李永坚.基于MATLAB的变压器空载合闸瞬变过程仿真研究[J].继电器，2004，32（8）：19-22.

[2]崔芳芳.基于MATLAB的三相变压器励磁涌流仿真分析[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2010，15（1）：60-64.

[3]尹呼和.绕组失超电阻对超导变压器特性影响的研究[D].湖南：长沙理工大学，2009.

[4]袁兆强，凌艳.基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析[J].电力学报，2007，22（2）：175-189.endprint

摘 要：对变压器空载合闸的电磁瞬变过程进行工程计算很复杂。文章利用MATLAB的simulink仿真中的电气系统模块库（sim power systems），为研究分析肇庆大旺电厂水岛变压器空载合闸瞬变过程建立了仿真模型，它可以分析该变压器在空载合闸瞬变过程中励磁涌流、磁通以及谐波的变化情况。并对仿真结果进行简要分析，对研究变压器空载合闸的瞬变过程有一定指导意义。

关键词：水岛变压器；空载合闸；励磁涌流；simulink仿真

引言

变压器空载合闸时，由于铁芯饱，励磁电流将很大，最严重时可达正常励磁电流的上百倍（或数倍的变压器额定电流）。励磁电流的最大值可以达变压器额定电流的4-8倍（与变压器的额定容量有关），这一远远超过正常励磁电流的合闸电流被称为励磁涌流。

励磁涌流的大小与合闸时电压的相角、变压器铁芯剩磁和饱和程度等有关。另外，在变压器空载合闸瞬变过程中，电压电流的波形也会畸变，产生谐波。一定的条件下甚至引起电力系统谐振，引起过电压。

工程上分析计算变压器空载合闸的瞬变过程非常复杂，一般要作若干的简化，如假定铁芯不饱和且无剩磁，忽略一次绕组的电阻等。

文章用MATLAB仿真软件对变压器空载合闸的瞬变过程进行仿真分析，展示分析了其磁通、励磁涌流、谐波等物理量，对工程应用提供了便捷有效的手段。

1 三相变压器模型仿真

1.1 模型及参数

图1中部分元件参数以国电肇庆大旺电厂为例：电源额定电压UN=6.3kV，内部电抗电阻比设为7；水岛变压器型号为SCB10-1600/6.3，参数：SN=1600KVA，绕组联结方式为Dyn-11，额定电压为6.3/0.4 kV；增益模块K1=1/U1Nm，K2=2？仔f/U2Nm（其中U1Nm为一次侧电压的幅值）。增益模块用于转换测量量为标幺值。断路器有一个控制端接计时器，可控制断路器的分合闸时间，合闸时间0.1S，仿真时间2S。水岛变主保护采用比率制动差动保护，采用二次谐波制动来躲过变压器空载合闸涌流，二次谐波制比为0.2。

1.2 仿真结果分析

为提高仿真效率，仿真算法选为ode23t，仿真时间2s。变压器A相励磁电流波形，二次谐波含量标幺值波形，变压器出口三相短路时的二次谐波与电流波形如图2-5。

可见，电流涌流波形在合闸瞬间值达到最大，在时间轴一侧呈指数衰减。在一定情况下变压器空载合闸时，二次谐波标幺值最大值小于0.2，而使励磁涌流引起二次谐波制动式差动保护误动（二次谐波制比），而适当降低二大次谐波制比，则可有效降低变压器空投时差动保护误动的情况。又由仿真图形可得出，变压器外部短路时或其他故障扰动时，电流中可能含有少量二次谐波，甚至大于0.2，若二次谐波制比选取过低则会降低内部故障时差动保护的动作速度（等待短路电流中二次谐波含量衰减），故而二次谐波制比不能选取过低，以防故障时保护拒动，一般0.15-0.2为宜。

国电大旺电厂就曾出现过水岛变检修后空载充电时，连续两次励磁涌流引起差动保护误动，延误了送电时间。后经检查确认，将系数由0.2改为0.15，效果良好，至今未曾出现过误动情况。

若空载合闸前变压器故障已经存在，合闸后故障相为故障电流，非故障相为励磁涌流，此时差动保护将被闭锁（任意一相中二次谐波含量大于定值闭锁保护出口，待二次谐波衰减至低于定值后解除闭锁）由于励磁涌流衰减很慢，保护动作时间可能会达几百毫秒。为了防止这一情况，在空投变压器之前，必须测量变压器高低压对地绝缘以及相间绝缘和绕组的直流电阻。此外我厂干式变压器（包括水岛变）还配置有电流速断保护与比率制动式差动保护共同作为变压器主保护（动作值为10IN），当变压器内部严重故障时，不经任何闭锁和延时直接动作，切除故障。

2 结束语

Sim power system是simulink仿真中一个具有强大功能的工具箱。文章对变压器空载合闸时的励磁涌流进行仿真分析，得到变压器励磁涌流的波形及谐波特征，为抑制变压器励磁涌流、整定变压器的纵差动保护提供了前提基础，对今后的工作具有十分重大的意义。

参考文献

[1]黄绍平，李永坚.基于MATLAB的变压器空载合闸瞬变过程仿真研究[J].继电器，2004，32（8）：19-22.

[2]崔芳芳.基于MATLAB的三相变压器励磁涌流仿真分析[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2010，15（1）：60-64.

[3]尹呼和.绕组失超电阻对超导变压器特性影响的研究[D].湖南：长沙理工大学，2009.

[4]袁兆强，凌艳.基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析[J].电力学报，2007，22（2）：175-189.endprint

摘 要：对变压器空载合闸的电磁瞬变过程进行工程计算很复杂。文章利用MATLAB的simulink仿真中的电气系统模块库（sim power systems），为研究分析肇庆大旺电厂水岛变压器空载合闸瞬变过程建立了仿真模型，它可以分析该变压器在空载合闸瞬变过程中励磁涌流、磁通以及谐波的变化情况。并对仿真结果进行简要分析，对研究变压器空载合闸的瞬变过程有一定指导意义。

关键词：水岛变压器；空载合闸；励磁涌流；simulink仿真

引言

变压器空载合闸时，由于铁芯饱，励磁电流将很大，最严重时可达正常励磁电流的上百倍（或数倍的变压器额定电流）。励磁电流的最大值可以达变压器额定电流的4-8倍（与变压器的额定容量有关），这一远远超过正常励磁电流的合闸电流被称为励磁涌流。

励磁涌流的大小与合闸时电压的相角、变压器铁芯剩磁和饱和程度等有关。另外，在变压器空载合闸瞬变过程中，电压电流的波形也会畸变，产生谐波。一定的条件下甚至引起电力系统谐振，引起过电压。

工程上分析计算变压器空载合闸的瞬变过程非常复杂，一般要作若干的简化，如假定铁芯不饱和且无剩磁，忽略一次绕组的电阻等。

文章用MATLAB仿真软件对变压器空载合闸的瞬变过程进行仿真分析，展示分析了其磁通、励磁涌流、谐波等物理量，对工程应用提供了便捷有效的手段。

1 三相变压器模型仿真

1.1 模型及参数

图1中部分元件参数以国电肇庆大旺电厂为例：电源额定电压UN=6.3kV，内部电抗电阻比设为7；水岛变压器型号为SCB10-1600/6.3，参数：SN=1600KVA，绕组联结方式为Dyn-11，额定电压为6.3/0.4 kV；增益模块K1=1/U1Nm，K2=2？仔f/U2Nm（其中U1Nm为一次侧电压的幅值）。增益模块用于转换测量量为标幺值。断路器有一个控制端接计时器，可控制断路器的分合闸时间，合闸时间0.1S，仿真时间2S。水岛变主保护采用比率制动差动保护，采用二次谐波制动来躲过变压器空载合闸涌流，二次谐波制比为0.2。

1.2 仿真结果分析

为提高仿真效率，仿真算法选为ode23t，仿真时间2s。变压器A相励磁电流波形，二次谐波含量标幺值波形，变压器出口三相短路时的二次谐波与电流波形如图2-5。

可见，电流涌流波形在合闸瞬间值达到最大，在时间轴一侧呈指数衰减。在一定情况下变压器空载合闸时，二次谐波标幺值最大值小于0.2，而使励磁涌流引起二次谐波制动式差动保护误动（二次谐波制比），而适当降低二大次谐波制比，则可有效降低变压器空投时差动保护误动的情况。又由仿真图形可得出，变压器外部短路时或其他故障扰动时，电流中可能含有少量二次谐波，甚至大于0.2，若二次谐波制比选取过低则会降低内部故障时差动保护的动作速度（等待短路电流中二次谐波含量衰减），故而二次谐波制比不能选取过低，以防故障时保护拒动，一般0.15-0.2为宜。

国电大旺电厂就曾出现过水岛变检修后空载充电时，连续两次励磁涌流引起差动保护误动，延误了送电时间。后经检查确认，将系数由0.2改为0.15，效果良好，至今未曾出现过误动情况。

若空载合闸前变压器故障已经存在，合闸后故障相为故障电流，非故障相为励磁涌流，此时差动保护将被闭锁（任意一相中二次谐波含量大于定值闭锁保护出口，待二次谐波衰减至低于定值后解除闭锁）由于励磁涌流衰减很慢，保护动作时间可能会达几百毫秒。为了防止这一情况，在空投变压器之前，必须测量变压器高低压对地绝缘以及相间绝缘和绕组的直流电阻。此外我厂干式变压器（包括水岛变）还配置有电流速断保护与比率制动式差动保护共同作为变压器主保护（动作值为10IN），当变压器内部严重故障时，不经任何闭锁和延时直接动作，切除故障。

2 结束语

Sim power system是simulink仿真中一个具有强大功能的工具箱。文章对变压器空载合闸时的励磁涌流进行仿真分析，得到变压器励磁涌流的波形及谐波特征，为抑制变压器励磁涌流、整定变压器的纵差动保护提供了前提基础，对今后的工作具有十分重大的意义。

参考文献

[1]黄绍平，李永坚.基于MATLAB的变压器空载合闸瞬变过程仿真研究[J].继电器，2004，32（8）：19-22.

[2]崔芳芳.基于MATLAB的三相变压器励磁涌流仿真分析[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2010，15（1）：60-64.

[3]尹呼和.绕组失超电阻对超导变压器特性影响的研究[D].湖南：长沙理工大学，2009.

[4]袁兆强，凌艳.基于MATLAB的变压器仿真建模及特性分析[J].电力学报，2007，22（2）：175-189.endprint