变压器投切仿真__验证励磁涌流和分合闸角度的关系

变压器励磁涌流的识别方法综述张小钒;兰生【摘要】变压器差动保护动作的正确率一直以来都受到励磁涌流的影响,近年来大量国内外继电保护工作者进行了深入的研究,并提出许多新的励磁涌流识别方法.本文将国内外各文献提出的识别励磁涌流与区内故障电流的方法进行整理归纳,分析总结出各种方法的优缺点及实用性,最后对将来解决励磁涌流问题的研究方向进行了展望.【期刊名称】《电气开关》【年(卷),期】2016(054)003【总页数】6页(P1-6)【关键词】变压器;励磁涌流;差动保护【作者】张小钒;兰生【作者单位】福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350108;福州大学电气工程与自动化学院,福建福州350108【正文语种】中文【中图分类】TM41;TM771电力变压器在电力系统中承担着至关重要的作用，是发电厂和变电站中不可或缺的电气设备。

电力系统能否正常、稳定的运行，其中一个非常重要的前提是大型变压器要先能正常、稳定的工作。

此外，由于大型变压器本身的造价就十分昂贵，若因差动保护装置不能准确、及时的对发生严重内部故障的变压器动作跳闸，导致变压器内部结构严重损坏，经济上也将造成巨大的损失。

而且大型变压器损坏后，检修难度大，持续时间长，大范围区域的长时间停电，将给人民的经济带来巨大的损失。

因此，必须准确、有效的控制变压器差动保护装置的动作，既不能误动作，也不能拒动作。

变压器差动保护作为变压器的主保护，一直受到励磁涌流问题的困扰，在2002～2006年间，220kV及以上变压器保护的正确动作率仅为81.912%，远不如100MW及以上发电机保护的98.476%[1]。

因此，必须提高变压器纵差保护动作的正确率。

近年来，国内外继电器保护工作者进行了大量研究，并取得了一定的进展。

文中将各文献提出的识别励磁涌流，以防止差动保护误动作的方法进行整理归纳。

通过分析比较各方法的优缺点，指出其实用性，并展望了将来研究解决励磁涌流问题的主要方向。

基于PSCAD的单相变压器励磁涌流仿真分析张慧;李俊华【摘要】介绍励磁涌流产生的原因及特点,以单相变压器为例,利用PSCAD软件建立具有饱和特性的变压器仿真模型,考虑合闸时间、剩磁等因素对变压器励磁涌流的影响并进行仿真.结合谐波分析将仿真结果与理论研究对比,表明采用的仿真分析简单有效,为变压器励磁涌流的识别与解决提供了基础.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2011(032)006【总页数】3页(P73-75)【关键词】励磁涌流;饱和特性;剩磁;PSCAD;仿真分析【作者】张慧;李俊华【作者单位】郑州供电公司,河南郑州450052;郑州供电公司,河南郑州450052【正文语种】中文变压器是电力系统中极其重要的电气设备，它的安全运行与否，直接关系到电力系统能否连续稳定地工作.在稳态运行时，变压器的励磁电流很小，一般仅为额定电流的2% ～10%，但在空载合闸或外部故障切除后电压恢复时，对应的励磁电流将急剧增大到稳态值的几十倍，甚至上百倍，此现象称为励磁涌流.现在变压器普遍采用差动保护，但差动保护将因无法区分励磁涌流和内部故障电流而发生误动作［1］.因此，对励磁涌流进行仿真及分析具有重要意义.1 励磁涌流产生的基本原理励磁涌流的大小和铁芯饱和程度、铁芯的剩磁、合闸时电压的相角等因素有关［2－3］.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［4］.笔者以单相变压器为例分析励磁涌流产生的基本原理，假设电源内阻抗为零，且不计合闸回路电阻涌流不衰减.电压与磁通之间的关系为设变压器在t=0时空载合闸，加在变压器上的电压为由磁通不能突变得到空载合闸的铁芯磁通为式中:ω为对应电压Um的磁通幅值，称Φmcos(ωt+α)为稳态磁通，将非同期磁通Φmcosα和剩磁Φr合称为暂态磁通(即非周期分量).当α=0时，铁芯中磁通密度最大可达2Φm+Φr，铁芯饱和程度最为严重.2 仿真分析利用PSCAD软件构建了电源－变压器模型，以单相变压器为例，对变压器空载合闸进行仿真，并对所产生的励磁涌流进行分析，具体模型如图1所示.图1 单相变压器励磁涌流仿真模型2.1 合闸角度对励磁涌流的影响由于励磁涌流的波形随变压器合闸角的不同而改变.在此模型中，变压器通过断路器BRK与电源相连，通过调整断路器的合闸时间来控制合闸角度，从而得到不同合闸角度对励磁涌流的影响.在一周期内选择0°，30°，60°，90°合闸角度进行了仿真分析，仿真结果如图2所示.图2 不同合闸角度对励磁涌流的影响由图2可以看出合闸角度不同对励磁涌流的影响，合闸角在0°～90°变化的过程中: 1)在u为最大值(α=90°)合闸时变压器的励磁电流.如果在合闸瞬间电压正好达到最大值，则磁通的瞬间值恰好为零，即在铁芯里开始就建立了稳态磁通，和稳态时情况一样.此时励磁电流很小，一般不超过额定电流的2% ～10%.在这种情况下，不会产生励磁涌流.2)在u为零(α=0°)合闸时变压器的励磁电流.如果在空载合闸时，恰好在电压瞬时值u=0时接通电路，则铁芯中应该具有磁通－Φm.但是，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1个非周期分量的磁通，其幅值为Φm.这样在经过半个周期后，铁芯中的磁通就达到2Φm.如果铁芯中的磁通还有剩磁磁通将达到2Φm+Φr.此时变压器的铁芯严重饱和，励磁电流将急剧增大到稳态值的几十倍，即可能达到额定电流的8～10倍.由分析可知，合闸时间决定了励磁涌流是否会产生及其大小.涌流间断角随合闸角度的增大而增大，涌流越严重间断角越小，励磁涌流的大小介于上述2种情况之间.2.2 剩磁对励磁涌流的影响在本次仿真中，用直流电流源来模拟剩磁，电流值可通过Slider元件手动输入，不同电流值与剩磁关系见表1.表1 直流电流与剩磁的关系直流电流值/A 剩磁磁链/p.u.23.7 0.8 17.7 0.7 12.2 0.6改变仿真模型中直流电流的大小，即相应的改变剩磁的大小，在合闸角为0°时进行仿真.仿真结果如图3所示.由图3可以看出，剩磁越大，励磁涌流幅值越大，涌流越严重.另外，经分析可知，其他条件保持不变，合闸初相角α=0°.铁心原始正向剩磁越大，励磁涌流越呈尖顶波，涌流幅值越大，但其间断角、二次谐波含量越小;反之，则相反.3 仿真结果分析当剩磁为零时，不同合闸角时的谐波幅值见表2.当剩磁不为零(α=0°)合闸，剩磁不同时的涌流谐波幅值见表3.图3 合闸角为0°时，剩磁不同时的励磁涌流仿真波形表2 不同合闸角时涌流谐波幅值及二次谐波含量合闸角/(°)基波直流分量二次谐波三次谐波二次谐波含量/% 间断角/(°)0.263 0.1900 0.215 0.164 81.7 180.0 30 0.219 0.1590 0.180 0.141 82.1 183.6 60 0.088 0.0660 0.068 0.058 77.5 209.7 90 0.015 0.0007 0.002 0.002 1.5 0—表3 α=0°合闸，剩磁不同时的涌流谐波幅值及间断角剩磁/Hz 基波直流分量二次谐波三次谐波二次谐波含量/% 间断角/(°)0.0 0.263 0.190 0.215 0.164 81.7 180 0.6 0.350 0.262 0.281 0.203 80.3 162 0.7 0.383 0.291 0.305 0.216 79.6 144 0.8 0.415 0.321 0.328 0.227 79.0 144从以上仿真结果可以看出:1)励磁涌流是否产生及大小与剩磁、合闸时电压相角等因素有关.涌流具有很大峰值，最大可达额定电流的8～10倍.从波形上可以看出0°合闸时，涌流的幅值最大;90°合闸时，励磁电流的幅值最小.考虑剩磁时，随剩磁的增大，涌流幅值有所增加，但增幅不大.2)励磁涌流是衰减的尖顶波，含有相当成分的非周期(直流)分量和高次谐波分量(主要是二次和三次谐波)，涌流波形在最初几个周期内完全偏于时间轴的一侧.当0°≤α＜90°时，直流分量和谐波幅值随合闸角增大而减小;当90°≤α＜180°时，直流分量和谐波幅值随合闸角增大而增大.3)励磁涌流含有显著的二次谐波分量.当0°≤α＜90°时，二次谐波含量随合闸角的增大而减小;当90°≤α＜180°时，二次谐波随合闸角的增大而增大;合闸角α=90°时，二次谐波含量最小，只有1.5%，基本无涌流.4)励磁涌流波形有明显的间断角.0°≤α＜90°时，间断角随合闸角的增大而减小;90°≤α＜180°时，间断角随合闸角的增大而增大;合闸角α=90°时，间断角最小，此时出现对称涌流.同时，互补的合闸角，其对应的间断角相同.考虑剩磁，随剩磁的增大，间断角有所减小，但减小的幅度不大甚至不再减小.5)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，几十秒后衰减到零.一般情况下，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.4 结语随着电力系统的快速发展，变压器电压等级和容量也快速增加，励磁涌流的识别和解决问题越来越受到重视.利用PSCAD软件建立变压器仿真模型，以单相变压器为例，介绍励磁涌流产生的原因及特点，通过分析合闸时间、剩磁等因素对励磁涌流的影响，结合谐波分析，总结了励磁涌流的特点，有助于变压器励磁涌流的识别与解决.在实际应用中，励磁涌流的影响因素很多，有必要加强对变压器励磁涌流的仿真研究，进一步探讨变压器励磁涌流的判别方法.参考文献［1］朱天生.变压器励磁涌流综述［J］.江西电力职业技术学院学报，2007，20(2):35 －37.［2］王雪，王增平，徐岩.电力变压器励磁涌流和故障电流的仿真研究［J］.高压电器，2007，39(6):11 －16.［3］吕俪婷，罗建，黄正炫.电力变压器对称励磁涌流的仿真研究［J］.继电器，2007，35(5):4 －6，12.［4］姜军，王志超.变压器励磁涌流的危害及抑制方法［J］.北华大学学报，2007，8(5):469 －471.。

变压器励磁涌流及鉴别和防治方法摘要：电力变压器作为电力系统中极为关键的一种电气设备，在电力系统中是不可替代的转换枢纽，而变压器的励磁涌流过大会引起保护动作跳闸，因此针对电力变压器励磁涌流的研究一直是电力系统继电保护中备受关注的重要课题。

本文主要介绍了变压器励磁涌流产生的原因、危害、鉴别和防治方法。

关键词：变压器；励磁涌流；鉴别；防治1变压器励磁涌流出现的原因及特点变压器是基于电磁感应原理的电力设备，当变压器空载投入和外部故障切除后电压恢复时，则可能出现数值很大的励磁电流（又称为励磁涌流）。

这是因为在稳态工作情况下，铁芯中的磁通滞后于外加电压90°如图（a）所示。

如果空载合闸时，正好在电压瞬时值U=0时接通电路，则铁芯中应该具有磁通—Фm。

但是由于铁芯中的磁通不能突变，但此，将出现一个非周期分量的磁通，其幅值为+Фm。

这样在经过半个周期后，铁芯中磁通就达到2Фm。

如果铁芯中还有剩余磁通Фs,则总磁通将为2Фm+Фs，如图（b）所示。

此时变压器的铁芯严重饱和，励磁电流IL将剧烈增大，如图（c）所示，此电流就称为变压器的励磁涌流ILY,其数值最大可达额定电流的6-8倍，同时包含有大量的非周期分量和高次谐波分量，如图（d）所示。

励磁涌流的大小和衰减时间，与外加电压的相位、铁芯中剩磁的大小和方向、电源容量的大小、回路的阻抗以及变压器容量的大小和铁芯性质等都有关系。

例如正好在电压瞬时值为最大时合闸，就不会出现励磁涌流，而只有正常时的励磁电流。

由于变压器铁心材料具有非线性的特征，为了与绕组磁场变化相抵，铁心饱和程度将发生变化。

当铁心饱和程度较高时，其磁化曲线斜率极小，励磁电流随着磁通的增长而变大，最后变为励磁涌流。

若变压器存在剩磁，并且极性绕组偏磁一样，就会减小变压器绕组的励磁电抗，从而出现巨大的励磁涌流。

对三相变压器而言，无论在任何瞬间合闸，至少有两相要出现程度不同的励磁涌流。

励磁涌流具有如下特点：1.包含有很大成分的非周期分量，往往使涌流偏于时间轴的一侧；2.包含有大量的高次谐波，而以二次谐波为主，二次谐波的含量在一般情况下不低于基波分量的15%；3.励磁涌流波形为对称性，波形不连续且出现间断，在一个周期中间断角为α；2变压器励磁涌流的鉴别方法（1）二次谐波原理。

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.。

基于matlab的变压器运行特性仿真分析摘要变压器是电力系统中不可缺少的重要电气元件，变压器的运行特性也影响着电力系统的性能和正常运行，因此，要对变压器的运行特性进行分析，尤其是变压器的暂态运行特性，因为在暂态的过度过程中可能会出现较大的过电压或过电流，可能会损坏变压器。

随着科学技术的发展，仿真技术也得到了很大程度的发展，不再仅仅局限于传统的物理仿真，而是更加方便简洁也更加精确的计算机仿真。

本文先是对变压器的稳态和暂态运行特性进行分析，然后运用matlab软件，通过编写matlab程序实现对变压器暂态运行特性的仿真分析，主要包括变压器空载合闸到电源和变压器突发短路这两种情况，对于变压器空载合闸到电源这种情况又通过区分铁心是否饱和，分别用解析法和四阶龙格库塔算法进行仿真，保证了结果的准确可靠。

而对于磁化曲线，则采用插值法实现对不饱和区磁化曲线的拟合，饱和区的磁化曲线采用直线代替。

并对仿真得到的结果结合理论知识进行了简单的分析，找到了在变压器的过渡过程中对变压器最不利的情况，并且也和理论相对比，验证了所采用仿真方法的正确性和可行性。

关键词：变压器，暂态运行特性，空载合闸，突发短路，matlab 仿真BASED ON THE MATLAB SIMULATION ANALYSIS OF TRANSFORMER RUNNINGCHARACTERISTICSABSTRACTTransformer is an important and indispensable electrical components in the power system, the operation of the transformer also affects the normal operation of power system, therefore, we should analyze the running characteristics of the transformer, especially the transient state characteristic of the transformer, because that during the transient process may appear larger o ver-voltage or over-current, which might cause something wrong to the transformer.With the development of science and technology, the simulation technology has been developed greatly, and it has been no longer limited to the traditional physical simulation, but a more convenient and concise computer simulation which is more accurate.This article first to the transformer of a theoretical analysis of steady state and transient operation c haracteristics, and then use matlab software, by writing the matlab program to realize the simulation analysis, the characteristics of the transformer transient operation including transformer no-load closing to the power supply and the sudden short circuit of the transformer in both cases, the transformer no-load closing to this kind of situation and power sup ply by distinguish whether iron core saturation, respectively, using analytic method and the fourth order runge kutta algorithm simulation, ensure the accurate and reliable results. For the magnetization curve, the interpolation method was adopted to reali ze the unsaturated zone of magnetization curve fitting, the saturated area USES the straight line instead of the magnetization curve. And the simulation results are combined with theoretical knowledge has carried on the simple analysis,found in the process of the transition of the transformer of transformer is the most unfavorable situation, and also compared, and the theory simulation method used to verify the correctness and feasibility.KEY WORDS: transformer, the transient state characteristic, no-load closing, sudden short circuit, the matlab simulation目录第1章绪论 (1)§1.1 本课题研究的目的和意义 (1)§1.2 国内外研究现状 (1)§1.3 本文研究的主要内容 (2)第2章Matlab软件 (3)§2.1 Matlab简介 (3)§2.2 Matlab的特点 (4)§2.3 微分方程求解的仿真算法 (5)§2.3.1 Euler法 (5)§2.3.2 Runge kutta法 (5)第3章变压器稳态、暂态运行特性分析 (7)§3.1 变压器概述 (7)§3.2 变压器各电磁量正方向的规定 (7)§3.3 变压器空载运行 (8)§3.3.1 主磁通、漏磁通 (9)§3.3.2主磁通和漏磁通的感应电动势 (9)§3.3.3 空载运行时的电压方程和等效电路 (10)§3.3.4 铁心饱和和磁滞现象对励磁电流的影响 (11)§3.4变压器负载运行 (15)§3.4.1 负载时的磁动势 (15)§3.4.2 折合算法 (16)§3.4.3 负载运行时的电压方程和等效电路 (17)§3.5 变压器参数的确定 (18)§3.5.1 变压器的空载试验 (18)§3.5.2 变压器的短路试验 (19)§3.6 变压器的运行性能 (20)§3.6.1 变压器的外特性 (20)§3.6.2 变压器的效率特性 (22)§3.7 三相变压器 (23)§3.7.1 三相变压器的磁路系统 (23)§3.7.2 三相变压器空载运行时的电动势波形 (23)§3.8 变压器过渡过程中的过电流现象 (25)§3.8.1 变压器空载合闸到电源 (26)§3.8.2 突发短路 (28)第4章基于Matlab的变压器动态特性仿真 (30)§4.1 变压器空载合闸到电源时过电流的仿真和分析 (30)§4.1.1 不考虑铁心饱和时变压器空载合闸到电源的过电流仿真 (30)§4.1.2 考虑铁心饱和时变压器空载合闸到电源的过电流仿真 (36)§4.1.3 空载合闸到电源时产生的过电流对变压器的影响 (42)§4.2 突发短路时过电流的仿真和分析 (42)§4.2.1 突发短路时过电流的仿真 (42)§4.2.2 突发短路时产生的过电流对变压器的影响 (45)§4.3 变压器动态特性仿真分析 (45)总结 (47)参考文献 (50)附录 (52)第1章绪论§1.1 本课题研究的目的和意义在电力系统中，变压器从发电厂到输配电网中都充当着重要的角色，是电力系统中不可缺少的重要电气元件。

变压器励磁涌流分析与仿真胡海涛【摘要】针对目前的电力系统继电保护装置无法很好地解决励磁涌流对变压器纵联差动保护的影响,本文通过对变压器空载投入时产生励磁涌流的现象进行分析和仿真.通过仿真软件分析励磁涌流的产生条件和对电网的影响,比较在不同的条件下励磁涌流的变化情况.为变压器纵联差动保护的进一步发展具有实际意义.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2018(000)015【总页数】2页(P113-114)【关键词】继电保护;变压器;励磁涌流;MATLAB【作者】胡海涛【作者单位】安徽理工大学,安徽淮南 232000【正文语种】中文【中图分类】TM4070 绪论变压器是电力系统重要的设备之一，其主要要由铁芯和贴心上缠绕的两个或两个以上的绝缘绕组构成。

当变压器发生故障时，陡增的电流会影响变压器的正常工作甚至烧毁变压器，为确保变压器的安全运行，需要在变压器装设继电保护装置。

在实际的电力系统中，大容量变压器均需要装设纵联差动保护装置，其通过比较变压器两侧的电气量，判断故障发生位置和故障类型。

而当变压器空载投入电网时，由于变压器的铁芯饱和作用，产生幅值很大的励磁涌流，导致继电保护设备错误的将正常运行工况判断为故障，引发停电事故。

本文通过MATLAB仿真软件对变压器励磁涌流的产生机理和对电网的影响进行分析。

1 励磁涌流的产生过程1.1 励磁涌流产生的原因变压器中励磁涌流的产生主要受变压器内部的励磁电压影响。

当系统电压发生变化时，变压器励磁电压随之发生变化，同时在变压器线圈上感应出励磁电流，即励磁涌流。

根据系统的运行情况一般可以将励磁涌流分为励磁起始涌流、电压恢复涌流和共振涌流三大类。

1.2 励磁涌流的数学模型单相变压器为例，忽略合闸回路的阻抗，变压器空载投入瞬间其铁芯中磁通与外加电压的关系为：由式可知，在变压器的空载投入瞬间，变压器铁芯内部产生了三部分的磁通，分别为强迫磁通，剩磁通ΦS和Φmcosα。

2 变压器励磁涌流的仿真2.1 仿真模型的建立在Simulink环境中搭建的电力系统模型如图1所示。