变压器励磁涌流检测模型

中国石油大学胜利学院综合课程设计总结报告题目：变压器励磁涌流检测模型
学生姓名：
系别：机械与电气工程系
专业年级： 2012级电气工程专业1班
指导教师：
2013年 7月1 日
一、设计任务与要求
1、培养学生文献检索的能力。

2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。

4、提高学生课程设计报告撰写水平。

设计要求：
1、自主学习电力系统仿真软件matlab，提高自学能力；
2、利用仿真软件搭建电气工程专业领域内相关知识点的仿真模型；
3、对模型进行调试，提高自我解决问题能力；
4、利用相关知识通过仿真后得到的波形或数据对仿真模型的正确性进行必要的验证
二、方案设计与论证
变压器是根据电磁感应原理制成的一种静止电器, 用于把低电压变成高电压或把高电压变成低电压, 是交流电输配系统中的重要电气设备。

变压器在轻载或者空载的情况下合闸通电的时候, 可能变压器的一次侧绕组中流过励磁涌流。

励磁涌流出现的原因是在变压器铁芯被拖入饱和区甚至是深度饱和区, 励磁涌流对变压器自身和对电网中的电能质量都有不利影响。

当变压器合闸时, 可能产生很大的电流。

当合上断路器给变压器充电时, 有时可以看到变压器电流表的指针摆得很大, 然后很快返回到正常的空载励磁电流值,这个冲击电流通常称之为励磁涌流。

变压器励磁电流的大小取决于励磁电感L的数值, 也就取决于变压器铁芯是否饱和, 正常运行和外部故障时变压器不会饱和, 励磁电流一般不会超过额定电流的2% ~ 5%, 对变压器的纵差动保护的影响常常略去不计。

励磁涌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。

1 励磁涌流的特点
(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, 经0. 5~ 1 s 后其值不超过( 0. 25~ 0. 5) In。

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8~ 10 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
为了更加直观深入的了解变压器空载合闸励磁涌流的特性, 本文基于Mat lab 软件平台对变压器的空载合闸励磁涌流进行了仿真。

本设计所采用的模型为：以230kv 系统通过230/115型变压器
原理图为：
分析：选择变压器型号为：D11-100/230（6）
变压器的有关参数计算如下：
Ω===8100S %21X N 21'2
N K U U X Ω===2001000S 21R N 21'2
N K U P R ()
Ω===50115230200R R 22'22R Ω==2K
X 2'22X s 0.00002941000U P G 2N
0T == 40.00007561100U %I B 2
N
0T ==N S 33m 1011.488104.467-1R ⨯+⨯==
+j jB G jX T T m
基准电阻抗:
Ω===10000.1
10Z 22B B B S U 标幺值为：
0.2R 11==*B
Z R 0.05R 22==
*B Z R 0.008X 1=*
0.002X 2=*
运用matlab/simuliink 软件进行试验模拟仿真,在电源的正玄波运行到电压过0点时断路器突然合闸励磁电流的变化现象，利用示波器观测电流变化情况并进行统计分析。

三、电路设计与参数计算
MATLAB 软件介绍
1、MATLAB 是一种科学计算软件。

MATLAB 是 Matrix Laboratory(矩阵实验室)的缩写，这是一种 以矩阵为基础的交互式程序计算语言。

早期的 MATLAB 主要用于解决科学和工程的复杂数学计算问题。

由于它使用方便、输入便捷、运算高效、适应科技人员的思维方式，并且有绘图功能，有用户自行扩展的空间，因此受到用户的欢迎，使它成为在科技界广为使用的软件，也是国内外高校教学和科学研究的常用软件。

2、MATLAB 组成
MATLAB 软件系统的构成（MATLAB 主体- Simulink -工具箱）
⑴、MATLAB 语言：是一种基于矩阵/数组的高级语言，具有流程控制语句、函数、数据结构、输入输出以及面向对象的程序设计特性。

用MATLAB 语言可以迅速地建立临时性的小程序，也可以建立复杂的大型应用程序。

⑵、Simulink Simulink 用于动态系统仿真的交互式系统，采用鼠标驱动方式 。

Simulink 允许用户在屏幕上绘制框图来模拟一个系统，并能够动态地控制该系统
3、SIMULINK系统仿真
SIMULINK是随着MATLAB一同发行的动态系统通用仿真软件,使用SIMULINK 必须在MATLAB的环境下进行.从名称上看SIMULINK有两个主要功能：SIMU（仿真）和LINK（连接），即该软件可以利用鼠标在模型窗口上绘制出所需要的控制系统模型，然后利用SIMULINK提供的功能来对系统进行仿真和分析。

进入仿真库浏览器窗口后，在左侧一栏可以看到SIMILINK标准模块库。

标准模块库按功能分为8类子库。

4、 MATLAB工具箱
用来解决各个领域特定问题的函数库，是开放式的--可以拿来就用，也可以根据自己的需要进行扩展。

MATLAB提供的工具箱涵盖了科学研究的很多门类。

目前，已经涉及到数学、控制、通信、信号处理、图像处理、经济、医学、电力系统等多种学科。

在电力系统元件库中包含了多种电力系统元件的图标,分别是电源元件（electrical sources）、线路元件（elements）、电力电子元件（power electronics）、电机元件(machines)、连接器元件(connectors)、电路测量仪器(measurements)、附加元件(extras)、演示教程(demos)、电力图形用户接口(powergui)等。

1、总原理图（含仿真模块名称与型号）
变压器励磁涌流检测原理图
2、仿真电路设计和参数
励磁涌流仿真电路所需模块：单相交流电源，变压器，断路器，直流源，示波器各模块形状及参数如下所示
电源的参数的选择
变压器等参数选择
断路器参数的选择
受控电流源
示波器
常量3、元件清单
励磁涌流波形
五、调试优化
1单相电源的设置参数中‘特殊的阻抗使用短路级（special impedance using short -circuit leve）’的设置系统默认是选中，在进行调试时，模块一直报错，去掉该选项后系统才能正常调试。

2合闸瞬间电压电流同相时，励磁电流很大，经过一段时间电流恢复正常为正弦波
六、仿真正确性验证
在0 s单相电压过零点时断路器合闸，此时出现励磁涌流由于角度设置在第一个周期内与电压同相出现单相中励磁涌流的最大值；在稳态时电流变化为正弦波电流与理论一致。

七、结论与心得
回顾起此课程设计，至今仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从
而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。

实验过程中，在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

最后在老师的指导下，终于游逆而解。

在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可！也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。

果然是团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。

八、参考文献
[ 1] 张保会, 尹项根. 电力系统继电保护[ M] . 北京: 中国电力出版社
[ 2] 万凯, 刘会金, 陈允平. 考虑铁磁特性的有载调压变压器无暂态切换过程的理论研究[ J] . 中国电机工程学报
[ 3] 段玉倩, 贺家李, 王钢, 等. 电力变压器励磁涌流仿真计算的瞬时功率法[ J] . 电网技术
[ 4] 李晓庆, 陈尔奎, 纪志成. 基于Matl ab 单相变压器的仿真建模及特性分析[ J] . 变压器
[ 5] 张建松, 何奔腾, 张雪松. 变压器衰减励磁涌流的实用计算方法[ J] . 电力系统自动化。