双绕组变压器空载合闸励磁涌流
实验与仿真分析
11电气3班
张晓芳 张丹丹 朱双双
一、 原理介绍
1 什么是励磁涌流
当变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时, 由于铁芯饱和会产生很大的励磁电流, 在最不利的情形下, 可达到正常励磁电流的上百倍, 或者说可达到变压器额定电流的几倍，通常励磁电流的最大值可以达到额定电流的4-8倍, 并与变压器的额定容量有关。这一大大超过正常励磁电流的空载合闸电流称为励磁涌流。
励磁涌流的大小和铁芯饱和程度、铁芯的剩磁和合闸时电压的相角等因素有关。同时, 在变压器空载合闸这一瞬变过程中, 电流、电压的波形也会发生畸变, 产生谐波；在一定的条件下, 还可能会引起电力系统谐振, 产生过电压。因此, 工程上对变压器空载合闸这一瞬变过程进行分析计算是很麻烦的, 通常要作若干简化, 如略去一次绕组的电阻, 假定铁芯不饱和且无剩磁。
2 励磁涌流的特点
励磁涌流通常具有以下特点：
(1)涌流含有数值很大的高次谐波分量(主要是二次和三次谐波), 因此, 励磁涌流的变化曲线为尖顶波。
(2)励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和程度有关。饱和越深, 电抗越小, 衰减越快。因此, 在开始瞬间衰减很快, 以后逐渐减慢。一般情况下, 变压器容量越大, 衰减的持续时间越长, 但总的趋势是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。
(3)励磁涌流的数值很大, 最大可达额定电流的4-8倍。
(4)波形完全偏离时间轴的一侧, 并且出现间断。涌流越大, 间断角越小。
(5)含有很大成分的非周期分量, 间断角越小, 非周期分量越大。
(6)变压器空载合闸时, 涌流是否产生以及涌流大小跟很多因素有关, 主要受到变压器铁芯剩磁、合闸角的影响
二、仿真过程演示
三、仿真结果及分析
为了提高仿真效率，仿真算法选为ode23t ，仿真时间为2秒
1一次绕组的三相电流波形如下图所示：
由上图可以看出，当A 相剩磁通大约在0.3(pu)时合闸，此时励磁涌流达到了1500A 。
仿真波形与实际波形基本特征相似，都在合闸瞬间电流值最大，在时间轴一侧，呈指数衰减，在2S 左右已经衰减了80%以上。
2 以其中一相电流为例，继续分析其频谱特性，运用电力系统POWER GUI中的FFT 分析工具，对A 相电流进行分析，如图6所示。
图6 A相电流频谱分析
由分析结果可以看出，励磁涌流含有很大的直流分量、2次、3次、4次谐波分量，谐波含量随阶数增加而减小, THD达到了73.92%。
四、结论
MATLAB 建模简单方便，并可在Simulink 环境中高效地进行仿真分析。是一个功能强大的工具箱，可以方便地建立电路、电机、电力传动、电力系统等的各种模型，为系统设计和分析提供了一种有力手段。本文利用SIMULINK 对三绕组变压器空载合闸时刻的励磁涌流进行了深入的仿真分析，得出了三相变压器中励磁涌流的波形和谐波特征，对实际工程具有指导意义。