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变压器励磁涌流的仿真研究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。
标签：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=1600KV A，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。
变压器空载合闸励磁涌流抑制技术研究随着海洋石油越来越多的依托海底电缆电力组网进行边际油田开发，对电力组网的供电可靠性要求越来越高。
通常电力变压器空载合闸时会产生较大的励磁涌流，容易造成变压器差动保护装置和敏感电力电子元器件的误动作，影响电力系统的安全稳定运行等。
针对这一问题，本文运用MATLAB软件对相控开关模型进行仿真和對串并联电阻数学模型进行分析，得出加装相控开关能够明显的抑制投切大容量变压器时产生的涌流。
通过串并联电阻能够加快冲击电流的衰减速度，使得变压器保护装置可以躲过涌流引起的误动作时间。
标签：变压器;空载合闸;励磁涌流;MATLAB一、项目概述中国海洋石油某油田由一艘浮式储油轮和两个井口平台组成。
储油轮作为油田的供电中心，共设置三台透平发电机组，单台机组的额定容量为4632kW，额定功率因数0.8;两个井口平台只设置有应急发电机，正常生产用电由储油轮通过两台4000kV A，6.3/10.5kV的升压变压器升压，然后通过两根海缆（3x50mm2）分别向井口平台供电，至井口海缆长度分别为3km和4.8km，井口平台再通过两台并列运行的4000kV A，10.5kV/0.4kV的降压变压器为平台上用电设施供电。
平台电力系统黑启动时，储油轮上仅有一台透平发电机为井口平台供电，空载投入6.3/10.5kV升压变压器产生励磁涌流导致单台机组关停脱网，必须开启两台透平发电机组才能承受励磁涌流冲击，因此严重影响了油田供电恢复的效率，必须对变压器采取励磁涌流抑制措施，降低对电网的冲击。
二、变压器励磁涌流解决方案1.变压器励磁涌流变压器原边绕组接在交流电源上而副绕组开路时的运行方式叫做空载运行。
变压器二次侧空载时，副绕组流过的电流为0;一次侧流过的电流称为励磁电流，该励磁电流流过一次绕组产生主磁通。
当变压器空载关合上口断路器时，由于合闸相位的随机性以及变压器剩磁的影响，使得铁芯磁通迅速趋于饱和，从而产生幅值很大、频率很高的励磁涌流。
基于Matlab电力变压器励磁涌流的分析和仿真
电力变压器励磁涌流分析和仿真是电力系统工程中的重要课题之一。
励磁涌流会导致变压器内部的电流波形畸变，进而引起变压器额定电流的超过。
因此，为了保证变压器的安全运行，必须对励磁涌流进行分析和仿真。
Matlab是一款强大的数学建模和仿真软件，适用于多种工程领域。
基于Matlab进行电力变压器励磁涌流的分析和仿真可以使用以下步骤：
1. 建立变压器模型：根据变压器的参数和拓扑结构，利用Matlab建立变压器的等效电路模型。
可以使用不同的模型，如双绕组模型或多绕組模型。
2. 电源模拟：为了模拟励磁源（如励磁变压器或励磁发电机）的输出，并将其连接到变压器模型的一侧，可以使用Matlab 的函数生成正弦波源。
3. 励磁特性模拟：通过在变压器模型中增加励磁特性模块，可以模拟变压器的磁导特性。
可以使用各种励磁特性模型，如线性励磁模型、饱和励磁模型或非线性励磁模型。
4. 动态仿真：将电源和励磁特性与变压器模型连接，并对整个系统进行动态仿真。
可以使用Matlab的ode45函数或Simulink仿真工具来求解变压器模型的动态方程。
5. 结果分析：根据仿真结果，分析励磁涌流的波形、振幅和频
谱。
可以使用Matlab的绘图功能来绘制变压器电流波形和频
谱图。
基于Matlab进行电力变压器励磁涌流的分析和仿真可以帮助
工程师深入了解励磁涌流的特性，并优化变压器的设计和运行参数。
此外，Matlab还提供了丰富的工具箱和函数，可以用
于更复杂的励磁涌流分析，如短路电流计算、降压启动分析等。
湖南工业职业技术学院学报第4期2015年2015-6-9刘文博（1981-），男，福建福州人，福建水利电力职业技术学院，研究方向：电力。
［收稿日期］［作者简介］刘文博(福建水利电力职业技术学院，福建永安，366000)变压器励磁涌流的形成机理与仿真实验［摘要］本文对变压器励磁涌流的形成及影响因素进行了分析，结合ＡＴＰ－ＥＭＴＰ仿真软件，以“路”的观点建立暂态模型，通过改变相关参量，研究励磁涌流的成因与特点。
［关键词］励磁涌流；变压器；电流；磁通；饱和［中图分类号］TM 407［文献标识码］Ａ［文章编号］1671-5004（2015）04-0014-0３ＦｏｍａｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＥｘｃｉｔａｔｉｏｎＩｎｒｕｓｈＣｕｒｒｅｎｔｏｆＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒLIU Wenbo(Fujian water conservancy and electric power of Career Technical College,Yong'an366000,Fujian)［Ａｂｓｔｒａｃｔ］This paper analyzes the cause and influence factors of excitation inrush current of bining with theATP -EM TP simulation software,the transient model is set up in the “road ”perspective.By changing the relative parameters,the causes and characteristics of excitation inrush current are researched.［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］excitation inrush current;transformer;current;magnetic flux;saturation １引言电力变压器稳态运行下，励磁电流很小，仅有额定电流的1%-2%，但是在空载合闸并入电网或者外部故障后电压恢复时，会存在数值过大的励磁涌流，该数值会大大超过额定电流的数值，而且波形畸变严重。
三相变压器励磁涌流的MATLAB仿真与分析作者：孙浩黄巍窦增来源：《电脑知识与技术》2015年第27期摘要：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）28-0182-02Simulation and Analysis for Magnetizing Inrush Current of Three Phase Power Transformer by MATLABSUN 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]。
变压器励磁涌流和绕组故障的仿真分析变压器是电力系统中常用的电力传输设备，其主要功能是实现电压的变换。
在变压器的运行过程中，励磁涌流和绕组故障是常见的问题。
为了研究这些问题对变压器性能的影响，可以使用仿真分析的方法进行研究。
首先，变压器的励磁涌流问题是指在变压器投入运行时，由于绕组中的磁导率随着电流的增大而减小，导致电流峰值增大，从而引起的磁路饱和现象。
为了研究励磁涌流问题，可以利用电磁场有限元分析软件，建立变压器的三维模型，并考虑绕组和磁芯的非线性特性。
通过对变压器在不同运行条件下的电磁场分布进行仿真分析，可以得到励磁涌流的大小和分布情况。
根据仿真结果，可以对变压器的设计和运行参数进行优化，以减小励磁涌流对变压器性能的影响。
其次，变压器的绕组故障问题是指由于绕组内部的绝缘材料老化或绕组接触不良等原因，导致绕组出现短路或开路的故障现象。
为了研究绕组故障问题，可以利用电路仿真软件对变压器的绕组建立电路模型，并考虑绕组内部的电流分布和电压分布。
通过对绕组故障前后电流和电压的仿真分析，可以得到绕组故障对变压器电气性能的影响。
根据仿真结果，可以制定相应的保护措施，提高变压器的可靠性和安全性。
在变压器的仿真分析中，需要考虑各种因素的影响，如磁耦合、电感等。
此外，还需要考虑变压器的负载情况和运行工况的变化。
通过对不同工况下的仿真分析，可以全面了解变压器在不同情况下的运行性能，并提出相应的改进和优化方案。
总的来说，通过仿真分析的方法对变压器的励磁涌流和绕组故障进行研究，可以为变压器的设计和运行提供科学依据。
通过优化设计和改进工艺，可以提高变压器的性能和可靠性，为电力系统的稳定运行提供支持。
Smart Grid 智能电网, 2020, 10(6), 295-301Published Online December 2020 in Hans. /journal/sghttps:///10.12677/sg.2020.106032500 kV变压器空载合闸励磁涌流仿真分析王彤彤，文俊，靳海强华北电力大学电气与电子工程学院，北京收稿日期：2020年11月8日；录用日期：2020年11月24日；发布日期：2020年12月1日摘要500 kV变压器是连接两个甚至三个不同电压等级的重要电气一次设备。
变压器空载合闸时，由于瞬时电压过大，可能造成变压器铁心饱和，引发严重的励磁涌流现象；同时500 kV变压器容量较大，励磁涌流衰减缓慢。
本文以铜梁地区某一新建500 kV变压器为例，建立了适用于实际工程的变压器UMEC模型，通过PSCAD/EMTDC仿真计算，分析了500 kV变压器空载合闸时合闸断路器、电容式电压互感器、以及变压器励磁特性对励磁电流的影响，并提出了抑制励磁涌流的有效措施。
关键词励磁涌流，空载合闸，励磁特性曲线，500 kV变压器Analysis on Energizing Inrush Current ofNo-Load Transformer in 500 kVTongtong Wang, Jun Wen, Haiqiang JinSchool of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, BeijingReceived: Nov. 8th, 2020; accepted: Nov. 24th, 2020; published: Dec. 1st, 2020AbstractThe 500 kV transformer is an important electrical equipment connecting two or even three dif-ferent voltage levels. When the no-load transformer is closed, the transient voltage increases ra-pidly which may cause the saturation of the transformer core and cause severe inrush current. At the same time, the 500 kV transformer has a large capacity and the magnetizing inrush current王彤彤 等decays slowly. This paper takes a 500 kV transformer which is newly built in Tongliang as an ex-ample, and a typical transformer UMEC model suitable for practical engineering is established. Through simulation and calculation of PSCAD/EMTDC, the effects of closing circuit breakers, capa-citive voltage transformers, and transformer excitation characteristics on the inrush current are analyzed when the no-load 500 kV transformer is closed; meanwhile, measures are proposed to effectively suppress inrush current.KeywordsInrush Current, No-Load Energize, Excitation Characteristic Curve, 500 kV TransformerCopyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言500 kV 电网是我国最重要的电力输送系统，承担着将发电基地发出的强大功率输送至远方枢纽变电站的任务。
基于MATLAB/SIMULINK的变压器微机保护系统仿真研究电气工程及其自动化专业王伟建指导老师马景兰讲师摘要介绍了变压器微机保护的基本原理，重点分析了作为变压器主保护之一的差动保护原理和差动回路里的不平衡电流问题。
在此基础上，利用MATLAB/Simulink 里的powersystem模块库，搭建了变压器故障以及差动保护、过电流保护、接地保护的仿真模型，仿真分析其保护出口与故障波形均与理论分析一致，证明了仿真模型的正确性与有效性，研究中所搭建的变压器故障和保护模型以及所采用的仿真分析方法，具有较强的通用性和广泛的工程应用价值。
关键词MATLAB/Simulink, 变压器, 微机保护, 仿真分析1 前言电力变压器是电力系统中十分重要的电气设备，一旦发生故障，将给电力系统的稳定运行带来严重的后果,在现代供电力系统中，对于变压器的保护，微机保护以其独特的优势应用越来越普及。
目前对于变压器微机保护的研究比较前沿的理论很多，如将数字信号处理技术应用于差动保护中，傅式算法实现及其改进算法，也有国外学者将专家系统，模糊逻辑和神经网络等人工智能方法引入变压器微机保护的研究中。
变压器微机保护由主保护和后备保护构成。
主保护主要是由差动保护来完成的，防止外部短路时的不平衡电流以及防止励磁涌流所致的误动。
防止外部短路时的不平衡电流造成的误动，本文中采用动作可靠的比率制动方法。
防止励磁涌流导致的误动作，则采用二次谐波制动的方法，二次谐波制动技术制动可靠，是防止励磁涌流引起的保护误动作的一个实用的解决方案。
2 变压器差动保护原理变压器纵差保护是变压器绕组故障时变压器的主保护，差动保护的保护区是构成差动保护的各侧电流互感器之间所包围的部分。
变压器差动保护涉及有电磁感应关系的各侧电流，其构成原理是磁势平衡原理。
以双绕组变压器为例，如果两侧电流、都以流入变压器为正方向，则正常运行或外部故障时根据磁势平衡原理有：(1)式中：、是变压一次侧和二次侧绕组匝数，是励磁电流。
下面通过对外部短路和内部短路两种情况的分析阐述变压器纵联差动保护的基本原理：（1）外部短路如果变压器各侧以流入变压器的电流为正方向，如图1（a）所示发生外部短路时流过变压器的短路电流是从上往下流的，流入差动继电器中的电流为，即=0，此时差动继电器不动作。
（2）内部短路变压器内部发生短路时，如图1（b）所示。
这时电流实际方向与规定的正方向一致，且幅值均较大，流入差动继电器的电流就等于短路电流，即=，差动继电器可以动作切除故障。
(a) 外部短路（b）内部短路图1 变压器纵差保护原理接线图3 变压器差动保护建模与仿真3.1 励磁涌流建模与仿真仿真模型中的电源、变压器、负载参数如下：电源参数：无穷大功率电源U N=10000V,60HZ。
变压器参数：S N=250MVA,60HZ,一次侧电压10000V，绕组阻抗810-4Ω，绕组电抗8.488310-5H,二次侧电压400V，绕组阻抗1.2810-6 Ω, 绕组电抗1.358110-7H ，磁阻200Ω，磁抗0.53052H。
负载：有功功率1MW,感性功率100var，容性功率100var。
搭建的励磁涌流仿真模型如图2所示。
该模型由三相断路器控制开合闸时间，三相变压器的副边绕组开路（即空载），设置三相断路器在0.02s 时合闸，相当于变压器空载投入运行，此时变压器原边绕组会产生较大的励磁涌流。
设置总仿真时间为0.2s，仿真算法采用ode23tb。
励磁涌流K K的仿真波形如图3所示。
图2 励磁涌流仿真模型图3 励磁涌流仿真波形(a) A 相励磁涌流FFT 分析(b) B相励磁涌流FFT 分析(c) C相励磁涌流FFT 分析图4 变压器励磁涌流FFT 分析通过图4所示变压器励磁涌流FFT 分析可知，励磁涌流包含有很大成分的非周期分量，使涌流偏于时间轴的一侧。
由于励磁涌流可达额定电流的6~8倍，包含有大量的高次谐波分量，并以二次谐波为主，因此对纵差动保护的影响很大。
一般情况下二次谐波的含量不低于基波分量的15%。
波形出现间断，间断角θj一般大于60°。
励磁涌流的波形与合闸瞬间电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、变压器容量的大小、铁芯材料的性质和磁化曲线、变压器的饱和磁密、合闸回路的阻抗和时间常数等因素有关。
3.2 三相变压器差动保护仿真分析数字式变压器微机差动保护一般由启动元件、谐波制动元件、差动元件、差动速断元件组成。
(a)故障模型（b）保护模型图5 差动保护故障与保护仿真模型研究中所建立的变压器故障和保护装置模型如图5所示。
一般电力系统继电保护是基于电流、电压基频分量来实现。
但是由于故障时电流和电压量中含有大量的暂态分量（非整次谐波、非周期分量等），不利于保护的判断，因此微机继电保护装置中必须有滤波算法消除这些分量的影响。
微机保护中通常采用傅立叶算法。
通过3.1节仿真可知，三相变压器空载合闸时产生的励磁涌流中含有大量高频分量，二次谐波含量最多，而在短路电流中二次谐波含量很少，因此可以利用二次谐波的含量来构成制动原理，其判据如下：（2）式中－表示差动电流中的基波分量和二次谐波分量，2－二次谐波制动系数，由变压器实际决定，一般取15%~20%。
差动保护采用两折线比率制动特性的差动保护，其动作方程可表示为：（3）（4）式中——差动电流d=；/2；启动电流；拐点电流；——分别为变压器原边、副边绕组电流互感器的二次电流带比率制动特性的差动保护，引入外部短路电流作为制动量，使差动保护的动作电流随外部短路电流增大而增大，提高差动保护的可靠性。
当发生内部故障时，制动电流很小，差动电流很大，因此差动保护具有很高的灵敏性。
3.2.1区外故障及保护设置三相故障2为三相短路，故障时间设置为0.1~0.2s，三相短路故障电流如图5（a）、（b）所示，动作信号如图6所示。
（a）一次测电流（b）二次侧电流图5 区外故障时变压器一、二次电流图6 区外故障时保护装置动作信号3.2.2区内故障及保护设置三相故障1为三相短路，故障时间设置为0.1~0.2s，三相短路故障电流如图7（a）、（b）所示，动作信号如图8所示（a）一次侧电流（b）二次侧电流图7 区内故障时变压器一、二次电流图8 区内故障时保护装置动作信号从图7，图8中仿真曲线可以看出，变压差动保护中，区外故障时，保护装置不动作，而区内故障时，保护装置发出动作信号，保护装置动作。
此外，本文也对变压器的过流保护、接地保护进行了建模与仿真分析，仿真分析结果与理论吻合，此处不再赘述。
4 结论与展望不断发展的电力系统对电力变压器保护提出了更高的要求。
微机保护和传统的继电保护相比，具有较高的灵活性和可靠性，调试方便，同时还增加了故障录波、故障测距、事件顺序记录、通讯等附加功能，微机保护已经成为电力系统继电保护的发展方向。
本文介绍了变压器微机保护原理及系统构成，并运用MATLAB/Simulink软件搭建了变压器故障和保护的仿真模型，对变压器各种故障和保护进行了深入的仿真分析，重点分析了作为变压器主保护之一的差动保护原理、影响差动保护误动的主要原因和相应的解决方法。
同时也利用MATLAB/Simulink仿真平台，建立了变压器差动保护、过流保护以及接地保护的故障仿真模型，仿真结果证明了所建立的仿真模型的正确性与有效性。
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