基于某Matlab電力變壓器勵磁涌流地分析報告和仿真

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1、標準文檔寧德師范學院畢業(yè)論文(設計)?！　I(yè)指導教師學　　生學　　號題目實用文案標準文檔目錄1變壓器空載合閘勵磁涌流產生機理11.1變壓器勵磁涌流的定義11.2變壓器勵磁涌流產生的原因12變壓器空載合閘物理過程分析12.1單相變壓器的涌流分析12.2三相變壓器的涌流分析42.3勵磁涌流的影響及抑制措施53變壓器勵磁涌流的仿真53.1變壓器仿真模型構建53.3勵磁涌流仿真結果的分析63.4勵磁涌流與短路電流比較84結束語8參考文獻9實用文案標準文檔基于Matlab的三相變壓器勵磁涌流仿真分析摘要：闡述了變壓器空載合閘時勵磁涌流產生的機理，在單相變壓器空載合閘的理論基

2、礎上，運用Matlab電氣系統(tǒng)模塊庫構建仿真模型，對三相雙繞組變壓器空載合閘的過程進行仿真及分析。對不同狀態(tài)下的勵磁涌流做進一步分析，分析結果和理論分析相吻合，驗證了仿真的有效性。關鍵詞：變壓器；Matlab；勵磁涌流1變壓器空載合閘勵磁涌流產生機理1.1變壓器勵磁涌流的定義通常在正常運行的變壓器中的勵磁電流非常小，大約僅有額定電流的3%~8%，而大型電力變壓器的勵磁涌流還不足額定電流的1%[1]，如此小的勵磁涌流并不足以破壞電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因為變壓器本身的鐵芯材料呈非線性特性，并附帶磁通飽和特性，導致在空載合閘的瞬間，會產生很大的沖擊電流，該值可達額定電流的3

3、~4倍，是正?？蛰d運行電流的幾十倍甚至百倍以上[2]。1.2變壓器勵磁涌流產生的原因對變壓器的進行空載合閘操作有兩種，即：（1）電力變壓器的空載投入電網運行；（2）電網發(fā)生故障要切除變壓器，待故障排除后變壓器的再次投入[3]。如圖1所示，是變壓器鐵芯近似磁化特性曲線。從圖中可以看出，飽和曲線的延長線與坐標縱軸相交于點S，把S點的飽和磁通量定義為。在正常運行狀態(tài)下，飽和磁通介于之間變化，勵磁阻抗很大，一般以變壓器額定電壓和電流為基準的勵磁阻抗，故變壓器的勵磁涌流很小，可近似為零；但是，當變壓器空載投入時，變壓器鐵芯磁通量大于時，達到瞬變磁通，由下圖可以看出，變壓器勵

4、磁涌流沿著磁化特性曲線將迅速增大。它的大小與變壓器等值阻抗、合閘初相角、變壓器鐵芯剩磁大小、變壓器繞組接線方式、變壓器鐵芯的材質及結構等諸多因素有關。圖1變壓器鐵芯磁化曲線2變壓器空載合閘物理過程分析2.1單相變壓器的涌流分析電力系統(tǒng)中的變壓器中主要是三相變壓器，但分析三相變壓器的勵磁涌流可以在分析單相變壓器勵磁涌流的基礎上進行。圖2是變壓器接線圖，二次側開路、一次側在時刻合閘到電壓為的電網上，其中：式中為變壓器的合閘初始相位角。實用文案標準文檔圖2空載合閘到電網接線圖在期間，變壓器一次側繞組中電流滿足如下微分方程式：　（1）其中，是與一次側繞組相交鏈的總磁通，它

5、包括主磁通和漏磁通。由于現代變壓器電阻非常小，在上式中電阻壓降較小，所以在分析瞬變過程中的初始階段暫不考慮，這樣可以更清楚的看出在初始階段電流較大的物理本質。存在是使瞬態(tài)分量衰減的基本原因，因此，在研究瞬態(tài)電流衰減時，必須計算及的影響。當忽略時，式（1）變?yōu)椋海?）解微分方程得：（3）其中，C由初始條件決定。考慮到變壓器空載合閘前磁鏈為0，根據磁鏈守恒原理，有：得：于是式（3）變?yōu)椋海?）式中為穩(wěn)態(tài)磁通最大值。從式（4）可以看出，磁通的瞬變過程與合閘時刻（）電壓的初始相角有關。下面討論兩種特殊情況。（1）在電壓初相角時合閘（即時合閘）。由式（4）可得：（5）這和穩(wěn)

6、態(tài)的運行情況相同，從開始，變壓器一次側電流在鐵芯中就建立了穩(wěn)態(tài)磁通，而不發(fā)生瞬變過程，一次側電流也是正常運行時的穩(wěn)態(tài)空載電流。實用文案標準文檔（2）在電壓初相角合閘（即時合閘）。由式（4）可得：（6）其中，為磁通的瞬時分量，是一個常數，因忽略了電阻，故無衰減；為磁通的穩(wěn)態(tài)分量。與式（5）、（6）對應的磁通變化曲線如圖3、圖4所示。從開始經過半個周期即時，磁通達到最大值：即瞬變過程中磁通可達到穩(wěn)態(tài)分量最大值的2倍，此時的瞬變過程最為強烈，是最不利的合閘情況?！D3空載合閘時磁通曲線圖4空載合閘時磁通曲線還有一種情況是：在研究瞬態(tài)電流衰減時，由于有電阻存在，合閘電流將

7、逐漸衰減。衰減快慢由時間常數決定，是一次側繞組的全電感。一般容量較小的變壓器衰減的速度快，約幾個周波就達到穩(wěn)定狀態(tài)；大型變壓器則衰減的比較慢，甚至要持續(xù)幾十秒才達到穩(wěn)定[4]。有必要對勵磁涌流的間斷角進行分析，圖5是圖解法描繪的變壓器勵磁涌流波形。當變壓器正常運行時對應圖b的和這兩段，當變壓器鐵芯飽和時，勵磁電流急劇增加，如圖段所示。此時可以看出，勵磁電流在一個周期出現了間斷，設間斷角為，則有：（7）令式（6）中，且當，時，均有，代入式（6）中，得：（8）且有將式（8）代入式（7）得:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　?。?）實際上，間斷角大小與變壓

8、器飽和程度