三相变压器励磁涌流的MATLAB仿真与分析

孙浩　黄巍　窦增

摘要：在Simulink仿真平台上建立三相变压器励磁涌流仿真模型，对变压器空载合闸投入和外部故障切除后两种情况进行仿真，得出励磁涌流波形，并对其进行快速傅里叶变换（FFT），验证了励磁涌流的波形特点，仿真结果与理论相一致，表明MATLAB软件具有强大的仿真功能，是变压器保护研究和理论教学非常重要的工具。

关键词：变压器；励磁涌流；MATLA

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）28-0182-02

Simulation and Analysis for Magnetizing Inrush Current of Three Phase Power Transformer by MATLAB

SUN Hao1， HUANG Wei2，DOU Zeng3

（1. College of Information and Control Engineering， Jilin Institute of Chemical Technology， Jilin 132022，China；2. Changchun Power Supply Company ， Jilin Electric Power Co. Ltd. ，Changchun 130021，China； 2. Information & Telecommunication Company ， Jilin Electric Power Co. Ltd. ，Changchun 130021，China ）

Abstract： Magnetizing inrush current model of three phase transformer was established on the simulation platform ，in the two cases of no-load input and removed external fault， inrush current waveforms were obtained ， and which were carried out the Fast Fourier Transform ， and wave shape characteristics of magnetizing inrush current were verified， The simulation results are consistent with the theoretical analysis， and the simulation shows that the software of MATLAB is a good tool to be used to transformer protection research and theoretical teaching.

Key words： transformer；magnetizing inrush current；MATLAB

变压器励磁涌流是变压器在电压突然增加情况下，如空载投入或外部故障切除后电压恢复时，此暂态过程中变压器可能会严重饱和，所产生的很大的暂态励磁电流[1]。由于励磁涌流常导致变压器差动保护误动作，因此研究励磁涌流的特点，从而找出克服励磁涌流对变压器差动保护影响的措施，对于提高保护动作的正确率至关重要。

MATLAB是一套高效的工程计算软件，简单易学，功能强大，Simulink是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的软件包[2]，有专门用于电力系统仿真的模块库，库中含有图形用户分析工具Powergui，用户只需选择所需的模块建模，设置模块参数，进行调试和仿真即可，使系统仿真变得就像“搭积木”一样简单。本文利用MATLAB仿真软件，结合具体的算例，建立三相变压器励磁涌流的Simulink模型，得出相应的励磁涌流波形，并利用Powergui模块中的FFT Aanalysis对三相励磁涌流波形进行谐波分析，仿真结果表明励磁涌流的波形特点与理论相吻合。

1 三相变压器励磁涌流仿真建模

三相变压器的励磁涌流仿真模型[3]如图1所示。

系统的基本参数：电源为无穷大功率电源，额定容量为10000MV.A，额定电压为110kV，线路长度为50km，每千米线路的电阻和电抗分别为0.17[Ω]和0.4[Ω]，变压器的额定容量为20MV.A，变比为110/11，[Uk%=10.5]，[ΔPk=135kw]。

由三相断路器控制合闸时间，变压器的副边绕组开路，各模块的参数由所给系统参数计算得出，变压器选择“饱和铁芯”，仿真算法采用Ode23tb。三相故障模块是进行变压器副边发生短路故障仿真时所用模块，在空载合闸仿真中不动作。

2 仿真结果及分析

设置空载合闸时间t=0.002s，合闸角设为0度，0.2s～0.3s在变压器副边发生三相短路故障，0.3s故障切除，仿真总时间为0.5s，仿真得出空载合闸和外部故障切除后变压器的A相励磁涌流波形如图2所示。

从图2中可看出，在变压器空载投入和外部故障切除时，导致变压器饱和，产生了励磁涌流，与前面理论分析一致。

设置空载合闸时间t=0.002s，仿真结束时间为0.5s，得出变压器三相励磁涌流波形，利用Powergui模块中的FFT Aanalysis对三相励磁涌流波形进行谐波分析，如图3所示。

从图3的（a）、（b）、（c）中可明显看出，三相的励磁涌流不同，A、C两相的波形偏离时间轴的一侧，这是由于励磁涌流包含很大非周期分量的原因。B相的波形表现为对称性，并且三相励磁涌流均为间断性，对称性涌流间断角偏小。从谐波分析结果看出A、C两相含有大量的直流分量，直流分量占基波分量的百分比分别为43.76%和47.04%，并且三相波形中均含有高次谐波，以2次谐波为主，2次谐波分量占基波分量的百分比分别为33.83%、32.42%和33.46%。

励磁涌流的波形还与电源电压大小、合闸时的合闸角、系统等值阻抗、变压器容量、绕组的接线方式和铁芯的饱和程度等因素有关[4，5]。改变模型中各模块的参数再仿真，可对不同情况下的励磁涌流波形进行进一步的研究和分析。

3 结论

本文利用MATLAB软件在其Simulink仿真平台建立了变压器励磁涌流模型，合理设置各模块参数，进行了空载合闸和外部故障切除后情况下的仿真，利用Powergui对励磁涌流波形进行谐波分析，通过仿真可直观地显示三相变压器励磁涌流波形的特点，表明了MATLAB具有强大的仿真功能，是变压器保护研究和理论教学强有力的仿真工具。

参考文献：

[1] 张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].2版.北京：中国电力出版社，2010.

[2] 刘宝柱，苏彦华，张宏林.MATLAB 7.0 从入门到精通[M].北京：人民邮电出版社，2010.

[3] 于群，曹娜.MATLAB/Simulink 电力系统建模与仿真[M].北京：机械工业出版社，2011.

[4] 何越，熊元新，姜山，等.变压器空载合闸励磁涌流的仿真分析研究[J].电力学报，2010，25（1）：33-36.

[5] 徐桂清，张丽娣，崔新振，等.基于PSCAD/EMTDC的三相变压器空载合闸仿真分析[J].东北电力大学学报，2013，33（5）：31-35.