(支持资料、图片参考_降重降ai)_文章底部可以扫码)
基于能耗比的移变变压器励磁涌流的识别研究摘要随着经济和工业的快速发展各行各业对电力的需求与日俱增国家电网在电力系统上的投资也是逐年增加电力系统的容量不断发展和扩大。变压器在电力系统占有重要的地位承担着电能的传输和电压等级的变换在发电和输配电中都发挥着重要的作用是电力系统安全稳定运行的关键设备在电力系统安全保护上电力变压器的保护的要求更高。由于变压器的励磁涌流是变压器差动保护中的一个关键性研究难点所以对变压器励磁涌流的识别对变压器保护、电力系统的运行稳定有着重要的意义。本文对变压器的结构做了详细介绍对变压器励磁涌流产生的机理从励磁涌流和故障电流的特征进行分析根据常用的变压器励磁涌流识别方法的各自的优缺点特征对励磁涌流和故障电流的不同做了分析提出了基于能耗比的移变变压器励磁涌流的识别方法。通过对监测到的变压器的电压电流信号的变化来识别励磁涌流。在Matlab中的Simulink环境中搭建了励磁涌流的仿真模型设计了仿真实验对空载闸、单相接地等条件下的验证对获得的结果进行了分析在电力系统各种运行状态和故障情况下能够很好的识别出励磁涌流和故障电流减少了变压器保护的错误判断引起的误动提高了变压器保护的可靠性。关键词电力系统变压器励磁涌流能耗比Identification of Magnetizing Inrush Current of Transformer Transformer Based on Energy RatioAbstractWith the rapid development of economy and industry, the demand for electricity in all walks of life is increasing day by day. The investment of the national grid in the power system is also increasing year by year, and the capacity of the power system is continuously developing and expanding. The transformer occupies an important position in the power system. It undertakes the transmission of electric energy and the transformation of the voltage level. It plays an important role in power generation and transmission and distribution. It is the key equipment for the safe and stable operation of the power system. The requirements for protection of power transformers are higher. Since the magnetizing inrush current of the transformer is a key research difficulty in the transformer differential protection, the identification of the transformer inrush current has important significance for the transformer protection and the stable operation of the power system.In this paper, the structure of the transformer is introduced in detail. The mechanism of the magnetizing inrush current of the transformer is analyzed from the characteristics of the magnetizing inrush current and the fault current. According to the advantages and disadvantages of the commonly used transformer inrush current identification method, the magnetizing inrush current and fault current are applied. The difference is analyzed, and the identification method of the magnetizing inrush current of the transformer based on the energy consumption ratio is proposed. The magnetizing inrush current is identified by a change in the monitored voltage and current signal of the transformer. The simulation model of the magnetizing inrush current is built in the Simulink environment in Matlab. The simulation experiment is designed. The verification is carried out under the conditions of no-load gate and single-phase grounding. The obtained results are analyzed in various operating states of the power system. In the case of a fault, the magnetizing inrush current and the fault current can be well recognized, the malfunction caused by the wrong judgment of the transformer protection is reduced, and the reliability of the transformer protection is improved.Key Words: Power system, Transformer, Magnetizing inrush current, Energy ratio目 录第1章 绪论 11.1 课题研究背景及意义 11.2 国内外研究现状 11.3 励磁涌流识别发展趋势 21.4 论文主要研究内容及组织结构 2第2章 变压器励磁涌流分析 42.1 变压器励磁涌流的产生原因 42.2 励磁涌流与变压器器保护关系分析 52.3 变压器涌流识别方法 62.3.1谐波识别法 62.3.2 波形特征识别法 72.3.3 等值电路识别法 72.3.4 有功功率识别法 82.4 本章小结 8第3章 基于能耗比的变压器涌流识别方法 93.1 励磁涌流特征分析 93.2 变压器励磁涌流分析模型 93.3 基于能耗比的变压器励磁涌流识别 103.4 本章小结 11第4章 基于能耗比的变压器涌流识别仿真 124.1 仿真模型建立 124.2 仿真结果分析 13结论 14参考文献 15谢辞 18第1章 绪论1.1 课题研究背景及意义电力系统是把多种设备相连在一块来实现实际生产中发电、变电、输电和用电四个过程对于变电的这一过程通常是由变压器来实现的。变压器在电力系统中扮演着至关重要的角色在电力传输过程中其是电压高低之间变换的关键枢纽在系统中能够实现能量传递。变压器的工作状况在一定程度上决定了系统能否稳定工作若是突然之间发生了比较严重的故障线路可能就无法实现通电。若变压器发生故障后对其进行检修往往是比较麻烦的而且在经济上一般也会造成难以估计的损失所以在对变压器进行保护时应尽可能满足继电保护的基本要求。在实际生活中电力设备可能会长时间处于持续运行的状况在这样的情况下可能会导致电力设备出现事故的概率增加。根据所查阅的资料发现电力设备故障是造成电网故障最主要的原因而变压器一般作为设备中比较重要的元件如果变压器有故障发生时不但会使电网瘫痪而且状况严重时会造成非常大的经济亏损甚至对人身安全造成伤害 纵联差动保护一般作为变压器的主保护在电力系统中得到了比较广泛的应用在相同的基准值下对变压器原边及副边的电流相位与幅值进行分析可以判断有没有故障发生。变压器励磁涌流并不属于故障状态但是会有非常大的差流出现导致保护误动作特别是在变压器空载合闸或外部故障消除时涌流更容易产生。因此针对变压器保护进行分析时至关重要的问题就是准确有效的识别励磁涌流。电力变压器作为电力系统中的重要设备本身就是一个内部结构复杂的非线性元件在各种运行状态的分析中受到电流电压状态和磁路信息的影响研究涌流对变压器故障信息的判断具有重要的作用。1.2 国内外研究现状目前国内外的许多研究人员和专家对于变压器的保护方面都做了大量深入的研究包括软件与硬件的保护装置同时对于鉴别励磁涌流的手段也提出了很多方法进而可以很快的推进鉴别励磁涌流的方法的研究。利用电流间断角制动原理和二次谐波制动原理的差动保护是应用于变压器主保护的两个主要的原理。其中当使用第一种原理方法进行制动的时候应该尽可能的采用比较高的采用频率这样的话才能尽可能的满足间断角的精度要求。一般间断角处的绝对值很小但是A/D转换芯片恰恰在零点的附近处于转换误差最大的情况鉴于这种情况选用的转换芯片要有较高的分辨率提高保护的灵敏度来准确判断电流是否出现间断的情况。然而要达到这样的目的需要对硬件有更高的要求无疑会增加保护装置的成本。因此在微机型变压器纵差动保护中使用的较多原理是二次谐波制动原理。但是这种原理也有很多不足之处:在某些情况下可能产生谐振例如提高电网的电压等级、投入运行较大容量的变压器和无功补偿装置并联使用过程中产生的分布电容从而增加短路电流中的二次谐波成分造成保护延迟动作。在实际的工程应用中比率制动是经常采用的方法采用的目的是为了防治外部短路引起的不平衡电流导致的保护装置误动作但是这种发放并不适用于高过渡电阻的故障发生的情况下。1.3 励磁涌流识别发展趋势变压器励磁涌流的识别方法现在很对哦传统的有等值电路原理识别法。波形对称识别原理、磁路分析和对系统中的高频分量分析法。但是由于变压器器结构和电气性能的特殊性每种方法都在实际应用中难以达到理论分析的准确性。例如等值电路法首先是利用变压器的等值电路作为分析的基础但是变压器是个非线性元件电路分析时就是对其进行配线性化处理这种处理就带有一定的偏差变压器等值电路中的参数整定时参数的准确性也会影响到该方法的正确性。波形对称法是基于变压器涌流的波形进行分析识别但是如何能够获得涌流的波形就是一大难题在对波形的采集分析过程中也会导致偏差的存在。需要利用现在其他科学技术的进入共同研究涌流的识别利用现在的计算机科学技术综合算法学对变压器励磁涌流进行研究成为未来的发展趋势。1.4 论文主要研究内容及组织结构电力的应用在现代生活中、科学技术发展上发挥着不能替代的作用在电力系统中变压器的作用越来越重要但是在对变压器的保护中对于励磁涌流的正确识别能够减少变压器保护的误动作对于电力系统的稳定运行至关重要。随着电力系统的容量和安全性的提高对变压器的励磁涌流和故障电流的识别也提出了更高的要求本文在研究了变压器结构特性和保护基本原理的额基础上研究了基于便器能耗比的励磁涌流识别方法并对该方法做了系统分析和仿真论文的结构和内容如下第一章首先讲述了本课题研究的背景及意义分析了国内外的相关领域的研究现状并励磁涌流识别的重要性和传统的方法存在的问题做了详细分析并对未来的发展趋势做了一定预测。第二章是变压器的励磁涌流的产生和识别方法做了大致的介绍对变压器故障和空载合闸时做了详细的介绍结合电路原理图进行了分析对涌流与变压器的保护关系做了深入的说明结合原来的每种方法的特点和原理都做了剖析包括谐波识别法、波形特征识别法、等值电路识别法、有功功率识别法对每种方法都给出了应用的原理对优劣性也做了比较分析。第三章主要对基于能耗比的移变比变压器的励磁涌流的识别进行了分析首先分析了励磁涌流的特征为下面对其识别提供了识别的额基本依据建立了变压器器励磁涌流分析的数学模型在基于等效T型电路对单相变压器进行了分析最后给出了基于变压器能耗比的励磁涌流识别方法。第四章主要是基于能耗比的变压器励磁涌流识别仿真研究搭建了变压器空载合闸于励磁涌流和变压器空载发生匝间短路故障下的模型对仿真结果进行了分析。第2章 变压器励磁涌流分析2.1 变压器励磁涌流的产生原因变压器在空载的状态在进行合闸时或是在故障恢复到正常运行状态时变压器的励磁电流就会发生巨大的增加。在电力系统中就会存在变压器投切的情况当合变压器的瞬间就会在合闸时产生较大的涌流。变压器正常的情况下励磁涌流较小但是发生故障就会导致励磁涌流变大造成变压器的不平衡电流增加导致而保护装置动作。对单相变压器的励磁涌流进行分析在单相变压器中接入电压为假设在讨论分析时对变压器的楼阻抗做为0处理绕组匝数分为1。当变压器进行空载合闸时则有2.1对式2.1的微分方程进行求解有2.2变压器磁通在合闸时不能突变即是当时变压器合闸变压器的应该是等于变压器里面的铁芯的剩磁式2.2中的常数就是与剩磁有关其关系式为2.3代入式2.2可以得到2.4在式2.4中代表变压器中的稳态磁通分量在变压器单相磁通涌流分析中不考虑变压器的损耗这样就相当于磁通中的直流分量。由上述分析可以看出变压器的电压和磁通的在相角上差的相位角在合闸的瞬间电压处于最大值磁通量为0如图2-1所示这时候变压器中的励磁涌流为0没有励磁涌流的产生。图2-1 合闸瞬间变压器暂态磁通另外的情况在合闸的瞬间电压为0变压器中的铁芯磁通正好相反为最大值产生磁通就会和铁芯的剩磁就会相互叠加如果假设剩磁通产生的感应的磁通为在方向预剩磁的方向正好相反这样的在铁芯中的总磁通也是0过了半个周期后由于磁通叠加就会达到最大的这就会产生合闸瞬间很大的励磁涌流如图2-2就是单相励磁涌流波形。图2-2 合闸瞬间单相励磁涌流产生波形2.2 励磁涌流与变压器器保护关系分析变压器的保护主要是现在的差动保护保护对象主要包括变压器绕组中的线圈及铁芯的各个电气量对也铁芯及线圈中的磁路的保护在对电气线路的保护时考虑较少常用的变压器单相差动保护的原理图如2-3所示。图2-3 单相变压器差动保护原理图对原理图分析可知变压器正常运行的情况下没有发生任何故障电路和磁路的两端的电流的相量恒等于0用式子表示为2.5如果变压器中有故障发生原来的平衡就会被打破产生的故障电流就会在变压器电气回路中难以抵消就会出现2.6在式2.6中是流出故障点的短路电流。如果保护的变压器中的有条电路和一条磁路就可以得到空载合闸有2.7在式2.7中是变压器中的励磁涌流。在正常的稳态励磁的过程中变压器铁芯容易磁饱和当发生过励磁时产生的稳态涌流高达变压器差动保护的一般最小的保护动作电流约设为这样的话就会产生变压器保护误动作。2.3 变压器涌流识别方法2.3.1谐波识别法谐波识别法是在涌流识别中常用的一种方法主要是计算电流中的二次谐波的含量俩识别涌流。利用的判别式的比较来做出识别的结论。2.8在式中、分别代表谐波中的基波幅值和二次谐波幅值表示二次谐波的制动比。这种识别方法原理相对较简单对系统采样的硬件要求也低在一般的场合使用较为广泛。但是该方法存在着较大的问题励磁涌流是暂态的在提取基波和二次谐波幅值时容易由于时间的而延迟产生误差造成保护的误动作。在确定值制动比时较难。制动比的值选取的不当选取较小容易误动作选取较大会降低保护动作的可靠性。