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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。
三相变压器和应涌流的仿真建模与特性分析在分析了变压器和应涌流的产生机理的基础上，利用MATLAB/Simulink中的PSB仿真模块集搭建了仿真模型并成功产生了和应涌流。
仿真结果验证了分析结论，为和应涌流导致变压器差动保护误动的分析以及认识合应涌流的本质奠定了基础。
标签：变压器；和应涌流；仿真建模引言在电力系统实际运行中，我们知道当一台变压器空载合闸，由于铁芯磁通饱和，励磁电流激增，波形呈现一种特殊的形式，这种情况下的特殊电流称做励磁涌流。
而此时若有变压器与之并联或串联运行，并联或串联运行的变压器铁芯绕组中也会产生一种特殊的电流，这种电流被电力学术界称为和应涌流。
它的产生机理更复杂，产生后对电网正常运行影响和危害更大，是一种比励磁涌流复杂且难以对付的电气现象。
从国民经济正常生产来说，分析它和研究避免的方式，对电网正常运行和整个国民经济生产，有十分重要的意义。
本文将分析和应涌流产生机理，建立并联和应涌流产生的系统仿真模型，通过对仿真结果分析，总结和应涌流的波形特点、产生因素及其从对电网的运行影响入手，总结避免系统产生和应涌流的防范措施[1-3]。
1 电力变压器和应涌流产生机理[4]从电力系统实际运行总结，如下两种情况将产生和应涌流：（1）两台变压器并联运行，当其中一台变压器A空载合闸，另一台变压器B正常运行，在这种运行方式下，B将会产生和应涌流；（2）运行方式为两台变压器串联运行，当处于线路末端的变压器A空载合闸，靠近电源侧的变压器B将会产生和应涌流。
图1示出了并联运行变压器T1产生和应涌流情况的电气连接图，图中变压器T2处于正常运行状态，变压器空载合闸。
图2示出了串联运行变压器产生和应涌流情况的电气连接图，图中变压器T2处于正常运行状态，变压器T2空载合闸。
根据电力系统实际运行情况，本文以发生和应涌流最多的第一种情况为例，分析并联运行变压器产生和应涌流的机理。
如图2为并联运行变压器等效电路。
图3中变压器T1处于正常运行状态，变压器T2空载合闸，模拟检修完毕空载合闸。
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。
变压器励磁涌流和绕组故障的仿真分析随着世界经济不断快速的发展，电已经成为了人类社会正常运转必不可少的商品。
而在电能传输的过程中，变压器是其不可缺少的电力元件。
变压器的研究方面很多，在本篇论文中介绍了电力变压器的国内外研究史以及电力变压器的各种故障，变压器产生的不平衡电流。
重点讲述由变压器铁芯饱和引起的励磁涌流和变压器绕组内部故障.利用MATLAB/Simulink来进行变压器空载合闸时励磁涌流和变压器绕组内部故障的仿真，从得到的波形图和数据来进行分析变压器的励磁涌流和绕组故障。
通过表面现象研究其内在机理，并提出解决问题的方法为以后电力变压器在这些方面的研究奠定一个基础。
目录引言 (2)1关于变压器的励磁涌流和绕组短路 (2)1.1 课题研究的背景与意义 (4)1.2 国内外关于课题的研究现状 (5)1.3 在MATLAB、Simulink平台上建模的步骤 (5)2 变压器空载合闸时励磁涌流的仿真 (7)2.1 变压器励磁涌流仿真分析 (7)2.2双侧电源双绕组变压器 (8)2.2.1 分析影响励磁涌流大小的因素 (8)2.3 建立仿真模型并分析得到的波形图 (13)2.4 故障电流波形图特征分析 (17)2.5 励磁涌流对变压器纵差保护的影响和解决方法 (19)2.5.1 抑制励磁涌流的方法 (20)2.5.2 差动保护的优化方法 (20)3 变压器绕组故障的仿真分析 (22)3.1 变压器绕组故障原因分析 (22)3.2 变压器绕组内部故障模型的建立 (23)3.2.1 变压器保护区内，外故障时的比率制动模型的建立 (23)3.3 设置参数并对波形图进行分析 (25)3.4 变压器绕组故障的防范措施及建议 (28)4 结论 (30)引言在近几年中，随着社会经济的不断提升以及各大工矿企业用电量的不断加大。
大批的容量大，电压高的变压器被制造，与此同时电网的电力系统规模不断扩大。
而与变压器快速发展相形见绌的是变压器继电保护的发展却相对来说是非常靠后的，变压器的继电器保护在需要动作时不发生动作或者是该动作时它又不动作，这就造成了变压器出现故障时，保护的可靠性较低。
三相变压器空载合闸励磁涌流的大小和波形1. 引言三相变压器是电力系统中常见的设备之一，用于将电能从一个电压等级传输到另一个电压等级。
在变压器启动或切换时，需要进行励磁操作，以产生磁场并建立变压器的工作状态。
励磁涌流是指在变压器合闸励磁过程中产生的瞬态电流。
本文将深入探讨三相变压器空载合闸励磁涌流的大小和波形，并解释其原因和影响。
2. 励磁涌流的定义与原理励磁涌流是指在变压器合闸过程中，由于电源电压突然施加到变压器绕组上而产生的暂态电流。
这种暂态电流是由于绕组中的自感、互感和铁芯饱和等因素引起的。
当变压器合闸时，输入侧绕组上突然施加了额定电源电压。
由于绕组中存在着自感和互感，突然施加的电压会导致绕组中产生较大的暂态电流。
铁芯饱和也会导致励磁涌流的增大。
3. 励磁涌流的大小励磁涌流的大小取决于多个因素，包括变压器的参数、电源电压和频率等。
一般来说，励磁涌流的大小与变压器的容量成正比。
在变压器空载合闸时，励磁涌流的峰值通常为额定电流的2-6倍。
具体数值取决于变压器的设计和制造质量。
4. 励磁涌流波形分析励磁涌流通常呈现出一个尖峰，其波形可以分为三个阶段：启动阶段、衰减阶段和稳定阶段。
•启动阶段：在合闸刹那间，突然施加到绕组上的电压会导致绕组中产生一个很大的暂态电流尖峰。
这个尖峰通常持续几个周期。
•衰减阶段：随着时间的推移，暂态电流逐渐减小并趋于稳定。
这个过程通常持续约20-30个周期。
•稳定阶段：励磁涌流逐渐趋于稳定状态，维持在一个较小的数值上。
这个阶段可以持续几分钟到几十分钟。
励磁涌流的波形与变压器的设计和制造有关，不同类型的变压器可能会产生不同的波形特征。
5. 励磁涌流的影响励磁涌流对变压器和电力系统都会产生一定的影响。
5.1 对变压器的影响励磁涌流会在变压器绕组中产生较大的暂态电流，这会引起电阻损耗和额外的温升。
长期以来，大幅度的励磁涌流可能导致绕组过热，从而降低变压器的寿命。
励磁涌流还可能导致铁芯饱和。
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。
三绕组变压器空载合闸励磁涌流实验与仿真分析
石方舟杜睿
东方电气自动控制工程有限公司研发中心
【摘要】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。
在实际工作中，也遇到了变压器空载合闸的励磁涌流带来的问题。
利用MATLAB/SIMULINK仿真工具，对三绕组变压器空载合闸瞬变过程进行了建模仿真，分析了励磁涌流、谐波、磁通等物理量，为工程中遇到的此类复杂暂态过程提供了有效便捷的分析手段。
【关键字】变压器；空载合闸；励磁涌流
0、引言
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。
本文结合工作中遇到的实际情况，并利用MATLAB/SIMULINK软件,对变压器空载合闸这一瞬变过程进行计算机仿真，深入分析了其励磁涌流、谐波以及磁通量，频谱等物理量，对于实际工程有一定的指导意义。
1、励磁涌流的特点
在工程实验中，利用示波器捕捉的励磁涌流波形如图1所示：
图1励磁涌流实际波形
图1中出现励磁涌流的时刻为变压器空载合闸的时刻。
该变压器为额定容量为1250kVA 的三相四线制干式变压器，波形捕捉点为源边三相（△）中的两相。
图中纵坐标为400A/div ，横坐标为500ms/div 。
图中两相励磁涌流分别达到了600A 和1000A 。
由于空载合闸产生励磁涌流大小的随机性，偶尔会触发保护用断路器瞬时短路脱扣（实验限制2000A ），通过合理设置保护限值即可躲过励磁涌流。
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
2、仿真模型 2.1变压器模型
选用MATLAB/SIMULINK 的电力系统模块中的三绕组饱和变压器模型，其等效模型如图2所示，其中铁芯的磁化特性由一个表示铁芯有功损耗的的电阻m R 和一个饱和电感sat L 模拟。
图2 三绕组饱和变压器等效模型
三绕组接法分别为g Y /g Y /△。
其三相绕组变比为500kV/230kV/60kV ，额定容量为450MV A ，额定频率50Hz 。
三相剩磁（pu ）分别为0.8，-0.4，0.4。
2.2系统模型
利用MATLAB/SIMULINK 的电力系统仿真模块，建立变压器空载合闸系统模型图3所示。
主要包含了三相等效电源、三相断路器、三相负载、三绕组变压器、傅里叶分析、电压传感器等。
图3 三绕组变压器空载合闸系统模型
主要模块的参数设置如下：
（1） 三相电源：额定电压500kV ，额定容量3000MVA ，电抗电阻比（X/R ）为7。
（2） 三相断路器：开通电阻0.01Ω，吸收电阻100M Ω。
（3） 三相负载：额定电压500kV ，有功功率50MW ，容性无功188Mvar,感性无功0。
（4） 傅里叶分析：基波频率50Hz 。
（5） 增益模块：都用来转换为标幺值。
以变压器绕组二a 相磁通的增益模块为例，
其增益21/2a K fU π=。
（6） 计时器：用来控制断路器合闸时间，仿真时间共2S ，用计时器设置断路器的合
闸时间为0.1S 。
3、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2S 。
变压器A 相磁通如图4所示，一次绕组的三相电流波形如图5所示：
00.5
1 1.52
-1
-0.500.511.5
2t
A 相磁通（pu ）
图4 A 相磁通波形
由图4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1300A 。
0.2
0.4
0.6
0.8
1 1.2
1.4
1.6
1.8
2
t A
A 相电流
0.2
0.4
0.6
0.8
1 1.2
1.4
1.6
1.8
2
t A
B 相电流
0.2
0.4
0.6
0.8
1 1.2
1.4
1.6
1.8
2
t
A
C 相电流
图5 变压器三相励磁涌流波形
由图5可以看出，
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。
以A 相电流为例，继续分析其频谱特性，运用电力系统POWER GUI 中的FFT 分析工具，对A 相电流进行分析，如图6所示。
图6 A 相电流频谱分析
由分析结果可以看出，励磁涌流含有很大的直流分量、2次、3次、4次谐波分量，谐波含量随阶数增加而减小，THD达到了73.92%。
仍以A相为例，对A相电压进行FFT分析，观察其2次谐波，3次谐波在空载合闸过程中的变化，如图7，图8所示。
2次谐波含量
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 1.11.21.31.41.51.61.71.81.92
t
图7 A相电压2次谐波含量
3次谐波含量
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91 1.11.21.31.41.51.61.71.81.92
t
图8 A相电压3次谐波含量
由图7，图8可以看出，在合闸之后，电网电压中涌入了很大的2，3次谐波，且2次谐波含量大于3次谐波含量，与FFT分析工具结果相符，两者的比例都随着时间的增加逐渐减小。
4、结论
MATLAB建模简单方便，并可在Simulink环境中高效地进行仿真分析。
是一个功能强大的工具箱，可以方便地建立电路、电机、电力传动、电力系统等的各种模型，为系统设计
和分析提供了一种有力手段。
本文利用SIMULINK对三绕组变压器空载合闸时刻的励磁涌流进行了深入的仿真分析，得出了三相变压器中励磁涌流的波形和谐波特征，对实际工程具有指导意义。
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