计及剩磁的变压器励磁涌流的仿真研究

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。

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。

1 引言变压器的励磁电流仅流经变压器一侧。

在正常情况下，此电流很小。

但是当合空载变压器时，则可能出现数值很大的励磁涌流，造成保护装置动作，开关跳闸。

2励磁涌流产生的原因变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器。

在电能－磁能－电能能量转换过程中，需要建立一定的磁场。

在建立磁场的过程中，在变压器绕组中就要产生一定的励磁电流。

变压器绕组中的励磁电流和磁场的关系是由变压器铁芯的磁化特性所决定的。

变压器铁芯越饱和，产生磁场所需要的励磁电流就愈大。

若变压器在不利的瞬间合闸，它在铁芯中所建立的磁通为最大值(－Φm)。

可是，由于铁芯中的磁通不能突变，既然合闸前铁芯中没有磁通，这一瞬间仍要保持磁通为零。

因此，在铁芯中就出现一个非周期分量的磁通Φfz，其幅值为Φm。

这时，铁芯里的总磁通Φ应看成两个磁通相加而成。

铁芯中磁通开始为零，到1/2 T时，两个磁通相加达最大值，Φ波形的最大值是Φ1波形幅值的两倍。

；另外，如果合闸时铁芯还有剩磁Φ0，磁通Φ还会更大！实际运行中可达到2.7倍的Φm。

因此，在电压瞬时值为零时合闸情况最严重。

虽然我们很难预先知道在哪一瞬间合闸，但是总会介于上面论述的两种极限情况之间。

变压器绕组中的励磁电流和磁通的关系由磁化特性所决定，铁芯越饱和，产生一定的磁通所需的励磁电流就愈大。

由于在最不利的合闸瞬间，铁芯中磁通密度最大值可达2Φm，这时铁芯的饱和情况将非常严重，因而励磁电流的数值大增，这就是变压器励磁涌流的由来。

励磁涌流比变压器的空载电流大100倍左右，在不考虑绕组电阻的情况下，电流的峰值出现在合闸后经过半周的瞬间。

但是，由于绕组具有电阻，这个电流是要随时间衰减的。

对于容量小的变压器衰减得快，约几个周波即达到稳定，大型变压器衰减得慢，全部衰减持续时间可达几十秒。

3磁涌流的影响励磁涌流对变压器并无危险，因为这个冲击电流存在的时间很短。

当然，对变压器多次连续合闸充电也是不好的，因为大电流的多次冲击，会引起绕组间的机械力作用，可能逐渐使其固定物松动。

双绕组变压器空载合闸励磁涌流实验与仿真分析摘要：本文对双绕组变压器空载合闸励磁涌流进行实验和仿真分析，实验使用示波器和校准过滤器，仿真模型建立在Simulink仿真中。

实验结果表明，变压器空载合闸励磁涌流是持续的，且最大涌流初始出现时间比实验结果略低。

仿真与实验结果符合良好，仿真模型的结果更为稳定，可以为双绕组变压器空载合闸励磁涌流的研究提供参考。

关键词：双绕组变压器；空载合闸励磁涌流；实验；仿真1. Introduction2.ExperimentThe experimental platform of the double winding transformer includes a three-phase AC power supply, a three-phase current signal acquisition device, and a control switch. The circuit diagram shown in Figure 1. The primary and secondary windings of the double winding transformer are connected in Y-Y. The test mode of the double winding transformer is initiated by closing the switch in the primary circuit of the double winding transformer after the three-phase AC power supply is energized.Fig.1 Test platform of double winding transformer3. SimulationFig.2 Simulation results of inrush current waveform4. Analysis of Results5. ConclusionThe inrush current waveform of the double winding transformer was studied by experiment and simulation. The inrush current waveform generated by the double winding transformer is continuous and the maximum inrush current appears at the beginning of the test. The experimental results and the simulation results are in good agreement. The simulation results are more stable than the experimental results, which can provide a reference for the study of the inrush current waveform of the double winding transformer.。

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(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。

变压器励磁涌流识别及抑制的仿真研究设计变压器励磁涌流识别及抑制的仿真研究摘要本文对变压器励磁涌流问题进行了深入的研究，从最基本的变压器磁路和电路结构出发，详细阐述变压器励磁涌流产生的基本原理，它的存在对常用的变压器保护性能的影响，以及如何在变压器保护中减弱和消除它的影响。

文章在综述了励磁涌流的产生机理后，分析了励磁涌流的产生过程和波形特点，探讨利用电流作判据和现代数字信号处理技术与智能理论作涌流分析等识别励磁涌流进行了比较，并指出各种方法的优缺点。

并对一些新的判别技术进行简单介绍和展望。

此外，本文还介绍了目前使用得较为广泛、有效的几种抑制变压器励磁涌流的方法，并详细介绍了其中的选相投切技术的基本原理，分析了变压器空载投切的暂态过程，同时分析了快速合闸策略、延迟合闸策略、同步合闸策略以及相控投切策略这四种控制策略。

最后在仿真软件中搭建变压器模型，对单相变压器励磁涌流和三相变压器励磁涌流进行了PSCAD和MatLab仿真，同时还对带合闸电阻的单相变压器励磁涌流和中性点串电阻的三相变压器励磁涌流进行了对比仿真试验。

通过对比分析，证明这两种方法的正确性和可行性。

关键词：励磁涌流选相投切技术PSCAD MatLab 仿真31Research for Identification and Inhibition ofTransformer Inrush Current Via SimulationABSTRACTIn this paper, issues of transformer inrush current is studied in some depth, The research will be begin from the analyzing basic structure of the magnetic circuit and circuit structure of transformer, and the more detailed principle of inrush current generated is stated, Further, the negative affection on differential protection of transformer by inrush current, and how to weaken and even eliminate its impact is also described in the paper.This paper reviews the inrush current after the formation mechanism, analysis of inrush current and waveform characteristics of the production process, Explore the use of current as the criterion for identification inrush current and the use of modern digital signal processing technology and intelligent theory of the inrush current surge of identification methods are analyzed and compared with the advantages and disadvantages of each method, and a number of The new identification technology brief and outlook.In addition, this article also describes the current use was more extensive and effective inhibition of transformer inrush current of several methods and gave details of the election in which controlled switching technology the basic principle, analysis of transformer no-load switching transient process, while discussed rapid closing strategy discussed, delayed closing strategy, simultaneous closing strategy, and switching control strategy with the four control strategies.Last build transformer model, single-phase transformer inrush current and three-phase transformer inrush current simulation with PSCAD,while also closing resistor with a single-phase transformer inrush current and neutral series resistor to simulate three-phase transformer inrush current compared test. By comparison, the two methods from which to prove the correctness and feasibility.31KEYWORDS：Inrush Current Controlled Switching PSCAD MatLab simulation31目录第一章绪论 (1)1.1课题的研究背景与意义 (1)1.2变压器励磁涌流研究的现状 (2)1.3本文的主要工作 (2)第二章变压器励磁涌流分析 (4)2.1变压器励磁涌流的产生及特点 (4)2.1.1单相变压器的励磁涌流 (4)2.1.2三相变压器的励磁涌流 (7)2.2励磁涌流的危害 (8)2.3空载合闸时变压器磁通的变化 (9)2.3.1合闸瞬间电压为最大值时的磁通变化 (9)2.3.2合闸瞬间电压为零时的磁通变化 (10)2.4本章小结 (11)第三章变压器励磁涌流的识别 (12)3.1短路故障电流及其特征 (12)3.2利用电流波形特征识别励磁涌流的方法 (13)3.2.1二次谐波制动原理 (13)3.2.2间断角闭锁原理 (14)3.2.3波形对称原理 (15)3.2.4采样值差动 (15)3.2.5波形比较法 (16)3.2.6波形上下对称系数法 (16)3.2.714周波面积法 (16)3.2.8波形正弦度特征法 (18)3.3数字信号原理的识别方法 (19)3.3.1波形相关性分析法 (19)3.3.2数学形态法 (20)3.3.3误差估计法 (20)313.4磁通特性识别法 (21)3.5等值电路法 (22)3.6功率差动法 (22)3.7变压器回路方程法 (23)3.8励磁涌流识别中现代信号处理技术与智能技术的应用 (23)3.8.1模糊逻辑的多判据法 (23)3.8.2神经网路法 (23)3.8.3联合时频分析法 (24)3.9本章小结 (25)第四章几种常用的抑制励磁涌流的方法 (27)4.1空载变压器选相投切 (27)4.2内插接地电阻 (27)4.3改变变压器绕组的分布 (28)4.4在变压器低压侧并联电容器 (28)4.5本章小结 (29)第五章选相分合闸的基本原理与控制策略 (30)5.1选相分合闸投切技术的基本原理 (30)5.2选相分合闸投切三相变压器 (30)5.2.1快速合闸策略 (31)5.2.2延迟合闸策略 (32)5.2.3同时合闸策略 (33)5.2.4相控投切策略 (33)5.3本章小结 (33)第六章系统仿真 (34)6.1PSCAD/EMTDC在电力系统仿真中的应用 (34)6.2单相变压器励磁涌流仿真分析 (34)6.2.1无合闸电阻的单相变压器励磁涌流仿真 (35)6.2.2带合闸电阻的单相变压器励磁涌流仿真 (37)6.3三相变压器励磁涌流仿真 (38)6.3.1中性点直接接地的三相变压器励磁涌流仿真 (40)316.3.2中性点串电阻三相变压器的励磁涌流仿真 (41)6.3.3 选相分合闸三相变压器的励磁涌流仿真 (43)6.4本章小结 (43)总结 (45)参考文献 (46)致谢 (48)附录 (49)31第一章绪论1.1课题的研究背景与意义随着我国经济近些年来的迅速发展，人们对电力的需求日益增长。

变压器剩磁变化规律及励磁涌流抑制研究变压器是电力系统中常用的电力变换设备，其工作原理是利用电磁感应现象将输入电压转换为输出电压。

在变压器工作过程中，磁场的变化是十分重要的，而剩磁变化规律及励磁涌流抑制是变压器中的两个重要研究方向。

我们来了解一下剩磁变化规律。

剩磁是指在变压器工作过程中，磁场中的磁通量在磁场切断后仍然存在的部分。

剩磁的存在会影响变压器的工作性能，产生一些不良影响，如励磁涌流、励磁过程中的能量损耗等。

因此，研究剩磁的变化规律对于改善变压器的性能至关重要。

剩磁的变化规律与变压器的工作状态密切相关。

当变压器处于空载状态时，剩磁的变化规律主要受到电源电压的影响。

在电源电压的作用下，变压器的铁芯中会产生磁通量，当电源电压突然消失时，由于铁芯的磁导率不等于零，磁通量不会立即消失，而是以指数衰减的方式逐渐减小。

这种衰减的速度与铁芯的特性有关，可以通过剩磁衰减曲线来描述。

另一方面，当变压器从空载状态切换到负载状态时，剩磁的变化规律也会发生变化。

在负载状态下，变压器的磁通量会随着负载电流的变化而变化。

当负载电流突然减小或消失时，变压器的磁通量也会随之减小，但其变化规律与空载状态下有所不同。

除了剩磁的变化规律外，励磁涌流抑制也是变压器研究的重要方向之一。

励磁涌流是指在变压器刚刚通电时，由于剩磁的存在导致的瞬时大电流现象。

这种涌流不仅会对变压器本身造成损害，还会对电力系统的稳定性产生不良影响。

为了抑制励磁涌流，研究人员提出了各种方法和措施。

其中最常见的是使用励磁抗补偿装置，通过改变变压器的励磁电流波形来抑制励磁涌流的产生。

此外，还有一些其他的方法，如使用变压器辅助绕组、改变变压器的设计参数等，都可以在一定程度上减小励磁涌流。

剩磁变化规律及励磁涌流抑制是变压器研究中的两个重要方向。

研究剩磁的变化规律可以帮助我们更好地理解变压器的工作原理，优化变压器的设计和运行；而抑制励磁涌流可以提高变压器的稳定性和可靠性，保证电力系统的正常运行。

变压器励磁涌流及其对差动保护影响的仿真分析王慧;闫坤;高厚磊;陈学伟【摘要】An accurate transformer model is built by using PSCAD package . The generation mechanism , waveform characteristics and influencing factors of transformer inrush current are simulated and analyzed . Combining the transformer differential protection ,this paper discusses the conventional methods to identify inrush current and the operation logic to prevent mis-operation of the protection caused by inrush current .The typical operating criteria of the transformer differential protection are also simulated under different fault conditions .The results show that the digital simulation technique is able to properly generate waveform characteristics of inrush current ,different kinds of transformer fault status and the influence of inrush current on differential protection .Therefore ,this technique can be used as an aided tool for the development ,teaching and training of transformer differential protection .%利用仿真软件PSCAD准确搭建变压器模型，对变压器励磁涌流的产生机制、波形特征和影响因素进行了仿真与分析。

变压器励磁涌流识别及抑制的仿真研究摘要本文对变压器励磁涌流问题进行了深入的研究，从最基本的变压器磁路和电路结构出发，详细阐述变压器励磁涌流产生的基本原理，它的存在对常用的变压器保护性能的影响，以及如何在变压器保护中减弱和消除它的影响。

文章在综述了励磁涌流的产生机理后，分析了励磁涌流的产生过程和波形特点，探讨利用电流作判据和现代数字信号处理技术与智能理论作涌流分析等识别励磁涌流进行了比较，并指出各种方法的优缺点。

并对一些新的判别技术进行简单介绍和展望。

此外，本文还介绍了目前使用得较为广泛、有效的几种抑制变压器励磁涌流的方法，并详细介绍了其中的选相投切技术的基本原理，分析了变压器空载投切的暂态过程，同时分析了快速合闸策略、延迟合闸策略、同步合闸策略以及相控投切策略这四种控制策略。

最后在仿真软件中搭建变压器模型，对单相变压器励磁涌流和三相变压器励磁涌流进行了PSCAD和MatLab仿真，同时还对带合闸电阻的单相变压器励磁涌流和中性点串电阻的三相变压器励磁涌流进行了对比仿真试验。

通过对比分析，证明这两种方法的正确性和可行性。

关键词：励磁涌流选相投切技术PSCAD MatLab 仿真Research for Identification and Inhibition of TransformerInrush Current Via SimulationABSTRACTIn this paper, issues of transformer inrush current is studied in some depth, The research will be begin from the analyzing basic structure of the magnetic circuit and circuit structure of transformer, and the more detailed principle of inrush current generated is stated, Further, the negative affection on differential protection of transformer by inrush current, and how to weaken and even eliminate its impact is also described in the paper.This paper reviews the inrush current after the formation mechanism, analysis of inrush current and waveform characteristics of the production process, Explore the use of current as the criterion for identification inrush current and the use of modern digital signal processing technology and intelligent theory of the inrush current surge of identification methods are analyzed and compared with the advantages and disadvantages of each method, and a number of The new identification technology brief and outlook.In addition, this article also describes the current use was more extensive and effective inhibition of transformer inrush current of several methods and gave details of the election in which controlled switching technology the basic principle, analysis of transformer no-load switching transient process, while discussed rapid closing strategy discussed, delayed closing strategy, simultaneous closing strategy, and switching control strategy with the four control strategies.Last build transformer model, single-phase transformer inrush current and three-phase transformer inrush current simulation with PSCAD,while also closing resistor with a single-phase transformer inrush current and neutral series resistor to simulate three-phase transformer inrush current compared test. By comparison, the two methods from which to prove the correctness and feasibility.KEYWORDS：Inrush Current Controlled Switching PSCAD MatLabsimulation目录第一章绪论 (1)1.1课题的研究背景与意义 (1)1.2变压器励磁涌流研究的现状 (2)1.3本文的主要工作 (2)第二章变压器励磁涌流分析 (4)2.1变压器励磁涌流的产生及特点 (4)2.1.1单相变压器的励磁涌流 (4)2.1.2三相变压器的励磁涌流 (7)2.2励磁涌流的危害 (8)2.3空载合闸时变压器磁通的变化 (9)2.3.1合闸瞬间电压为最大值时的磁通变化 (9)2.3.2合闸瞬间电压为零时的磁通变化 (10)2.4本章小结 (11)第三章变压器励磁涌流的识别 (12)3.1短路故障电流及其特征 (12)3.2利用电流波形特征识别励磁涌流的方法 (13)3.2.1二次谐波制动原理 (13)3.2.2间断角闭锁原理 (14)3.2.3波形对称原理 (15)3.2.4采样值差动 (15)3.2.5波形比较法 (16)3.2.6波形上下对称系数法 (16)3.2.714周波面积法 (16)3.2.8波形正弦度特征法 (18)3.3数字信号原理的识别方法 (19)3.3.1波形相关性分析法 (19)3.3.2数学形态法 (20)3.3.3误差估计法 (20)3.4磁通特性识别法 (21)3.5等值电路法 (22)3.6功率差动法 (22)3.7变压器回路方程法 (23)3.8励磁涌流识别中现代信号处理技术与智能技术的应用 (23)3.8.1模糊逻辑的多判据法 (23)3.8.2神经网路法 (23)3.8.3联合时频分析法 (24)3.9本章小结 (25)第四章几种常用的抑制励磁涌流的方法 (27)4.1空载变压器选相投切 (27)4.2内插接地电阻 (27)4.3改变变压器绕组的分布 (28)4.4在变压器低压侧并联电容器 (28)4.5本章小结 (29)第五章选相分合闸的基本原理与控制策略 (30)5.1选相分合闸投切技术的基本原理 (30)5.2选相分合闸投切三相变压器 (30)5.2.1快速合闸策略 (31)5.2.2延迟合闸策略 (32)5.2.3同时合闸策略 (33)5.2.4相控投切策略 (33)5.3本章小结 (34)第六章系统仿真 (35)6.1PSCAD/EMTDC在电力系统仿真中的应用 (35)6.2单相变压器励磁涌流仿真分析 (35)6.2.1无合闸电阻的单相变压器励磁涌流仿真 (36)6.2.2带合闸电阻的单相变压器励磁涌流仿真 (38)6.3三相变压器励磁涌流仿真 (39)6.3.1中性点直接接地的三相变压器励磁涌流仿真 (41)6.3.2中性点串电阻三相变压器的励磁涌流仿真 (42)6.3.3 选相分合闸三相变压器的励磁涌流仿真 (44)6.4本章小结 (44)总结 (46)参考文献 (47)致谢 (50)附录 (51)第一章绪论1.1课题的研究背景与意义随着我国经济近些年来的迅速发展，人们对电力的需求日益增长。

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。

变压器剩磁变化规律及励磁涌流抑制研究变压器是电力系统中常用的电力设备，用于改变交流电压的大小。

在变压器的运行过程中，会产生剩磁，而剩磁会对变压器的性能和安全性产生一定的影响。

因此，研究变压器剩磁的变化规律以及励磁涌流的抑制是非常重要的。

我们来了解一下什么是剩磁。

剩磁是指在变压器磁路中，由于磁通的变化引起的磁场残留效应。

当变压器的铁芯中存在剩磁时，会导致变压器的磁导率发生变化，进而影响变压器的电性能。

剩磁的变化规律是通过磁通的变化来描述的。

磁通是指磁场通过一个闭合曲线的总磁通量，单位是韦伯。

当变压器处于空载或负载运行状态时，磁通的变化规律可以分为三个阶段：启动阶段、运行阶段和停止阶段。

在启动阶段，变压器的初次励磁会导致磁通从零开始逐渐增大，直到达到额定值。

在这个过程中，剩磁也会随着磁通的增大而增大，直到达到饱和磁通密度。

启动阶段的时间一般很短，只有几个周期。

在运行阶段，变压器的磁通会根据负载的变化而变化。

当负载增加时，磁通会增大；当负载减小时，磁通会减小。

在这个过程中，剩磁的变化也会跟随磁通的变化而变化。

在停止阶段，当变压器断电或负载被切断时，磁通会逐渐减小，直到回到零。

在这个过程中，剩磁也会逐渐减小，直到消失。

剩磁的变化规律对变压器的性能和安全性有很大的影响。

首先，剩磁会引起励磁涌流。

励磁涌流是指在变压器启动或者停止的瞬间，由于剩磁的存在，导致磁通迅速变化，从而引起的高峰电流。

励磁涌流会给变压器和电力系统带来很大的冲击，对设备和系统的安全性造成威胁。

为了抑制励磁涌流，可以采用一些措施。

一种常用的方法是在变压器的励磁回路中串联一个励磁电抗器。

励磁电抗器可以提供给变压器一个较大的感抗，从而限制励磁涌流的大小。

另外，还可以采用自耦变压器的励磁方式。

自耦变压器可以通过改变自耦变压器的匝数比，从而改变励磁电流的大小，进而控制励磁涌流的大小。

除了励磁涌流外，剩磁还会对变压器的短路阻抗产生影响。

剩磁会导致变压器的短路阻抗增大，从而使得变压器的短路能力减小。

变压器励磁涌流仿真研究陈坤燚【摘要】变压器在空载合闸过程中会产生励磁涌流，此时电流可达到额定电流的4～8倍，会给系统带来冲击，同时也会使变压器差动保护发生误动，因此，研究变压器励磁涌流具有非常重要的意义。

利用MATLAB/simulink搭建了变压器仿真模型，分别对影响变压器励磁涌流的因素和励磁涌流的特征进行了仿真研究。

仿真结果表明，变压器剩磁和合闸角是影响励磁涌流的主要因素；变压器励磁涌流时，电流会出现间断角，并含有大量的非周期分量和二次谐波分量，并给出了不同涌流程度下间断角和谐波含量的变化规律。

%The transformer will produce an excitation inrush current in the case of no-load switching-in, and the current can reach 4~8 times to rated current .It will impact for the power system ,and the differ-ential protection of transformer may happen to be tripped in non fault .Therefore, the study of transformer inrush current has extremely vital significance .The paper constructs the transformer model based on the MATLAB/simulink,and discussed the condition and the characteristic of excitation current .The result in-dicates that the conditions of excitation current are remanence and voltage ,and the dead angle will appear in the current and the current will contain a large number of harmonic and aperiodic component .The paper points out the variation regularity of the dead angle and harmonic content in different level of inrush cur -rent.【期刊名称】《湖北民族学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(000)002【总页数】5页(P206-210)【关键词】继电保护;励磁涌流;间断角;二次谐波【作者】陈坤燚【作者单位】湖北民族学院信息工程学院，湖北恩施445000【正文语种】中文【中图分类】TM773电力变压器是电力系统中非常重要的元件，其安全稳定运行直接关系到整个电力系统的供电可靠性，尤其是大型变压器，传变容量大，一旦出现故障将给电力系统带来非常大的影响.然而，研究发现变压器空载合闸或外部故障切除后电压恢复时，变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压，在电压上升的暂态过程中，变压器可能会严重饱和，产生很大的暂态励磁电流，这个电流通常称为励磁涌流［1－5］.变压器励磁涌流产生后，励磁电感极度减小，励磁电流迅速增大，可达到变压器额定电流的4～8倍，给变压器以及电力系统带来很大的冲击［1，5－9］.而且励磁涌流的衰减比较缓慢，变压器长时间处于大电流的状态下，可能给变压器带来机械或热损坏.变压器的主保护之一是电流差动保护，在励磁涌流的情况下，差动保护可能因为电流太大而发生误动作的可能，使得变压器被误切除而不能投运.可见，无论是从电力系统稳定运行的角度，还是从继电保护的角度来看，变压器励磁涌流的研究都是具有十分重要意义的.对于变压器励磁涌流的分析，涉及到变压器的暂态过程，需要大量的公式计算和图形来说明，过程比较复杂.MATLAB作为一种数学计算工具，具有强大的矩阵运算能力和图形绘制能力，并且提供了电力系统模块化仿真工具，给电力系统分析计算提供了非常简便、直观的手段.因此，本文选用MATLAB作为研究工具来对变压器励磁涌流进行研究.1 励磁涌流理论分析本文以单相变压器来说明励磁涌流产生的原理，为了表述的方便，以变压器额定电压的幅值和额定磁通的幅值为基值的标幺值来计算.由变压器的电磁关系可知，变压器电压和磁通的关系为:假设变压器在t=0时空载合闸，加在变压器上的电压为:由式(1)和式(2)可以解出:式中，Φ=Um/ω，Φ0为直流分量.由于铁芯的磁通不能突变，所以由式(3)可以求得:式中，Φr为变压器铁芯剩磁，其大小与变压器切除时的电压有关.变压器铁芯的饱和磁通一般为Φsat=1.15～1.4，因此，正常运行时变压器铁芯不会饱和.在变压器空载合闸过程中，由式(3)可知，由于Φ0的作用可能会使得磁通超过饱和值.若Φr＞0，cos(α)＞0，由式(3)可知，此时磁通波形偏离了时间轴，如果变压器剩磁较大，且合闸时α=0，则变压器会严重饱和，如图1所示.由图1 可见，在(0，2π)周期内，θ0＜θ＜2π－θ1时铁芯饱和，且θ=π 时饱和最严重. 变压器铁芯不饱和时，励磁电感很大，励磁电流很小，近似可认为励磁电流为0.铁芯饱和后，励磁电感非常小，励磁电流非常大.因此，在(0，2π)周期内，变压器的励磁电流可表示为:由式(5)可以绘制励磁电流的波形，如图2所示.由图可见，励磁电流出现了间断角，这是励磁涌流很明显的特征.图1 变压器暂态磁通Fig.1 The transient flux of transformer2 单相变压器励磁涌流仿真分析2.1 单相变压器仿真模型MATLAB/simulink是MATLAB提供的一款具有图形化仿真界面的分析工具，其中包括了许多电力系统模块元件以及分析工具.本文利用MATLAB/simulink搭建如图3所示的单相变压器仿真模型.其中参数为:变压器额定容量SN=100 MVA;额定电压为U1N/U2N=230 kV/115 kV;变压器一次侧参数，L=0.08(p.u)，R=0.02(p.u).为了说明励磁涌流产生的原理以及分析影响励磁涌流的因素，仿真主要从影响励磁涌流的因素和励磁涌流的特征两个方面着手进行仿真研究.图2 励磁电流波形图Fig.2 The exciting current waveform图3 单相变压器仿真模型Fig.3 The simulation model of single－phase transformer2.2 影响励磁涌流的因素分析由以上理论分析可知，空载合闸时引起励磁涌流的原因主要是铁芯饱和，引起铁芯饱和的主要因素有两方面:一方面是变压器铁芯剩磁;另一方面是合闸时电压的相角.下面从两个方面进行仿真分析.1)合闸角对励磁涌流的影响图4(a)～(d)是在剩磁为0的情况下，在不同合闸角合闸时的仿真结果.从仿真结果可以看出，在电压过零点合闸时励磁涌流电流最大，即励磁涌流最为严重;合闸角越靠近90°，涌流越小.电压90°时合闸，如果剩磁为0，可以避免励磁涌流的发生，如图4(d)所示.图4 剩磁为0不同合闸角时仿真波形Fig.4 The simulation waveform with zero remanence in different voltage phase2)变压器剩磁对励磁涌流的影响图5(a)～(d)是在不同剩磁，不同合闸角的情况下的仿真结果.通过比较分析图5(a)与图4(a)可以发现，剩磁的存在使得励磁涌流电流幅值大为增加.比较图4(d)和图5(d)，可以发现如果剩磁达到一定数值，即使在电压相角为90°时合闸也会产生较大的励磁电流.图5 不同剩磁不同合闸角时仿真波形Fig.5 The simulation waveform in different voltage phase and different remanence3)合闸电压与剩磁反向图6(a)～(b)是考虑剩磁与电压产生的磁通反向的情况下的仿真结果.将图6(a)与图5(c)、图6(b)与图4(b)比较分析，不难发现选择合适的合闸角，可以减小励磁涌流电流的幅值.图6 剩磁与合闸电压反向时仿真波形Fig.6 The simulation waveform with opposite phase angle between remanence and voltage从以上仿真分析可以得出结论:合闸角和剩磁均是引起励磁涌流的原因，合闸角为零度时励磁涌流最严重，为90°时励磁涌流最轻微(在无剩磁时涌流电流为0);变压器剩磁的存在，会使得变压器饱和更加严重，励磁涌流电流更大;通过检查剩磁的方向以及选择合适的合闸角可以抑制或消除励磁涌流.2.3 励磁涌流的特征分析励磁涌流最大的特征是电流波形出现了间断，电流的波形不再是正弦波形，因此，励磁涌流发生时电流中将含有大量的谐波分量.下面将从励磁电流的间断角和励磁电流的谐波分量两个方面来进行仿真分析.1)励磁涌流间断角仿真分析图7是在不同合闸角、不同剩磁的情况下励磁涌流的仿真波形.由图7(a)可以计算出间断角为220.86°，图7(b)可以计算出间断角为148.5°，图7(c)可以计算出间断角为200.52°，图7(d)可以计算出间断角为145.26°.图7(c)励磁涌流比图7(a)严重，图7(c)间断角比图7(a)间断角小;图7(d)励磁涌流比图7(b)严重，图7(d)间断角比图7(b)间断角小;图7(b)励磁涌流比图7(a)严重，图7(b)间断角比图7(a)间断角小;图7(d)励磁涌流比图7(c)严重，图7(d)间断角比图7(c)间断角小.因此，通过仿真可以得出结论:励磁涌流发生时，电流波形完全偏离时间轴一侧，并出现间断角，涌流越严重，间断角越小.图7 不同程度励磁涌流时间断角仿真波形Fig.7 The simulation waveform of dead angle in different degrees of inrush current2)励磁涌流谐波含量仿真分析图8是在不同合闸角、不同剩磁情况下进行仿真，并利用POWER GUI中FFT工具进行分析的波形结果.从图8(a)～(d)可以看出，发生励磁涌流时，电流中含有大量的非周期分量和高次谐波分量，其中高次谐波含量以二次谐波为主.从仿真数据可知，图8(a)中非周期分量为57.14%，二次谐波含量为65.46%;图8(b)中非周期分量为58.98%，二次谐波含量为58.27%;图8(c)中非周期分量为66.75%，二次谐波含量为34.71%;图8(d)中非周期分量为69.83%，二次谐波含量为27.91%.图8(b)涌流比图8(a)严重，而非周期分量含量图8(b)比图8(a)要高，二次谐波含量图8(b)比图8(a)要低;图8(d)涌流比图8(c)严重，而非周期分量含量图8(d)比图8(c)要高，二次谐波含量图8(d)比图8(c)要低;图8(c)涌流比图8(a)严重，而非周期分量含量图8(c)比图8(a)要高，二次谐波含量图8(c)比图8(a)要低;图8(d)涌流比图8(b)严重，而非周期分量含量图8(d)比图8(b)要高，二次谐波含量图8(d)比图8(b)要低.由以上分析可得出结论:变压器在发生励磁涌流时，电流中存在大量的非周期分量和二次谐波分量，励磁涌流越严重非周期分量含量越高，二次谐波含量越低.图8 不同程度励磁涌流时谐波含量Fig.8 The harmonic content in different degrees of inrush current3 结论本文利用MATLAB/simulink搭建了单相变压器仿真模型，对影响变压器励磁涌流的因素作了仿真分析，仿真表明变压器的剩磁和合闸时电压的相角是影响励磁涌流的主要因素，合闸角为0度或180度时励磁涌流最严重，合闸角为90度时励磁涌流最轻微，在剩磁为0的情况下甚至可能不出现励磁涌流.变压器剩磁的存在对励磁涌流的影响比较大，剩磁越大，励磁涌流越严重.本文通过仿真分析指出，检测剩磁磁通的方向并调节电压合闸时的相角可以有效的抑制励磁涌流的产生.在上述结论的基础上，本文还对励磁涌流电流的特征作了仿真分析，结果表明:励磁涌流时电流会出现间断角，励磁涌流越严重间断角越小;励磁涌流时，电流中含有大量的非周期分量和二次谐波分量，励磁涌流越严重，非周期分量含量越高，二次谐波含量越小.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，2010，3:178－179.［2］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):33－43.［3］褚晓锐.基于MATLAB的变压器恢复性涌流仿真研究［J］.高压电器，2012，48(1):53－57.［4］李兴宁，王书杰.基于MATLAB的变压器空载合闸时励磁涌流仿真分析［J］.电气与自动化，2013，42(6):192－196.［5］崔芳芳.基于MATLAB的三相变压器励磁涌流仿真分析［J］.安徽电气工程职业技术学院学报，2010，15(1):60－64.［6］陈仁云，梁娇兰.基于MatLab的抑制变压器励磁涌流仿真研究［J］.南方电网技术，2012，6(3):86－89.［7］张雪松，黄莉.基于PSCAD/EMTDC的变压器直流偏磁仿真研究［J］.电力系统保护与控制，2012，40(19):78－84.［8］康小宁，何璐，焦在滨，等.基于励磁电感参数识别的变压器励磁涌流判别方法［J］.西安交通大学学报，2007，41(10):1214－1218.［9］宗洪良，金华锋，朱振飞，等.基于励磁阻抗变化的变压器励磁涌流判别方法［J］.中国电机工程学报，2001，21(7):91－94.。

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。

电力变压器励磁涌流的仿真研究刘小宝，俞波，宋艳(国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市210003）摘要：电力变压器的励磁涌流判别一直都是变压器电流差动保护的主要任务。

对于电力变压器的对称励磁涌流，目前还是一个棘手的问题[1]。

本文针对变压器励磁涌流的产生原因和影响因素进行了分析，并利用ATP平台对变压器的励磁涌流进行仿真分析，得出影响励磁涌流的因素：系统阻抗，合闸角不同，剩磁以及变压器的接线形式。

同时对于对称性励磁涌流的产生原因进行了分析，通过对励磁涌流的仿真分析研究将有助于电力变压器励磁涌流判别方法的研究。

关键词：变压器保护；励磁涌流；对称励磁涌流；ATP；剩磁Simulation and analysis of the inrush of power transformerLIU Xiao-bao，YU bo，SONG yan（NARI Technology Development Limited Company，Nanjing210003，Jiangsu Province，China）AbstractAbstract::The discrimination of the inrush of power transformer is still the main duty of the current differential protection of transformer[1]．The inrush of power transformer is a complex problem recently．This paper simulates and analyses the inrush of three-phase transformer by the ATP.It concludes that when the transformer is the Yd connection，according to adjusting the switch angle of the system properly，there would be a inrush occurring in every phase by turns．Further more，the residual flux and the system resistance may affect the wave as wel1.The simulation and analysis are helpful for the research on how to discriminate the inrush.Key words：transformer protection；inrush current；symmetric inrush；ATP；remanence0引言目前大型变压器继电保护装置的正确动作率相对还很低。

三相变压器的励磁涌流和和应涌流的仿真分析摘要: 简单地介绍了PSCAD 电磁仿真软件，论述了励磁涌流以及和应涌流产生的机理，搭建了仿真模型，得到了空载合闸时的涌流波形，并主要对影响励磁涌流的因素进行了分析研究，其结果与理论分析相吻合，表明利用PSCAD 能够有效地对变压器励磁涌流和和应涌流的仿真，为变压器保护的算法研究提供基础，最后提出了鉴别励磁涌流的新兴技术，进一步提高了电力系统的稳定性、可靠性，同时对智能电网的发展起到很大的促进作用。

关键词:PSCAD ；励磁涌流；空载合闸；仿真研究随着社会的不断发展，电力行业的飞跃进步的同时，电力变压器是发电厂和变电站中的主要电气设备, 对电力系统的安全稳定运行起着十分重要的作用[1]。

但由于变压器空载合闸过程中所产生的励磁涌流以及和应涌流对继保产生的误动作使得电力系统稳定性遭到破坏，所以有必要对变压器励磁涌流进行分析研究，而PSCAD 能够很好的对电力系统进行建模分析和研究，从而可以提高系统的稳定性和可靠性。

PSCAD 是一款电磁暂态软件包，它由很多可视化模块组成，具有较完善的模型库，主要研究电力系统的暂态过程，对电力系统时域和频率进行快速而又准确的仿真分析[2-3]。

1 励磁涌流的产生机理变压器正常运行和外部故障时不会饱和，励磁涌流一般不会超过电力系统稳定运行额定电流的2%-5%，从而对纵差动保护的影响可以忽略。

当变压器空载投入或者外部故障切除后电压恢复时, 变压器电压从零或很小的值突然上升到运行电压。

在这个电压上升的暂态过程中, 变压器可能会严重饱和, 产生很大的暂态励磁电流。

这个暂态励磁电流就是励磁涌流[4]。

变压器产生的励磁涌流最大可能会达到额定电流的4~8倍，并与变压器的额定容量有关。

而和应涌流一般发生在两台变压器上，当一台变压器空载合闸时对另一台变压器励磁涌流的影响，产生的过程大致可分为两种：一种是两台变压器串联，当末端变压器空载合闸时，另一台变压器可能产生和应涌流；另一种是两台变压器并联，当一台变压器合闸时，另一台可能会产生和应涌流[5]，为分析简便，以单相变压器为例来说明励磁涌流产生的机理。

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。