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。

【关键词】继电保护；变压器；励磁涌流；MATLAB

中图分类号： TM407 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）15-0113-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.15.050

Analysis and Simulation of Transformer Inrush Current

HU Hai-tao

（Anhui University Of Science And Technology，Huainan Anhui 232000）

【Abstract】In view of the current power system relay protection device can not solve the effect of inrush current on transformer longitudinal differential protection，this paper analyzes and simulate the phenomenon of inrush current when the transformer is unloaded. Simulation software is used to analyze the excitation inrush current and the influence on the power grid，and compare the variation of magnetizing inrush current under different conditions.It has practical significance for further development of transformer longitudinal differential protection.

【Key words】Relay protection；Transformer；Magnetizing inrush current；MATLAB

0 緒论

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：

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。

2.2 三相变压器空载投入的仿真

将断路器QF1合闸时间设定为0s，合闸角度为0°，QF2和Fault1、Fault2不动作，仿真时间0.5s，仿真算法为Ode23t，Continues模式。变压器空载投入仿真只需要仿真模型的左半部分即变压器的一次侧部分，将QF2和Fault1、2模块设置成离线模式即可。仿真得出变压器空载投入时变压器一次侧励磁涌流如图2所示。

3 避免励磁涌流影响的方法

3.1 空载投入变压器时继电保护装置暂时退出保护

虽然这种方法可以有效地解决励磁涌流对继电保护装置的影响，但是在保护装置退出的时间内，变压器处于无保护的状态，若此时变压器发生故障，没有保护装置对其进行切除，严重情况下会烧毁变压器。

3.2 继电保护装置延时动作

即检测装置在检测到差动电流时不立即动作，而是采取延时动作。这种方法利用了励磁涌流瞬时大电流的特性，但即使延时很短暂，对电网中的部分器件的损伤同样十分严重。

3.3 识别励磁涌流

由于变压器励磁涌流属于正常工况下的电流，所以必须鉴别出励磁涌流才能避免其诱发变压器保护动作。通过二次谐波和间断角对采样值进行分析可以识别出采样信号是励磁涌流或是故障电流，虽然近年来被广泛采用，并出现了波形对称分析、波形相关性分析、波形叠加法、波形拟合法等新的识别方法，但由于每次涌流的特性不完全一致，在识别准确性和识别效率上仍然有很大的提升空间。

4 结束语

本文首先通过数学模型分析了励磁涌流的产生机理，并基于MATLAB仿真软件实现了励磁涌流产生过程的仿真，论述了变压器在空载投入时产生励磁涌流的一般性过程。通过结合实际电力系统继电保护现状提出了解决电力系统中励磁涌流对继保设备影响的方法。对继电保护的发展具有重要的知道意义。

【参考文献】

[1]蔡玮.变压器保护算法和仿真研究[D].南京师范大学， 2014.

[2]陈艳.变压器差动保护误动的仿真与识别励磁涌流新方法的研究[D].西南交通大学，2005.

[3]李波.变压器励磁涌流的仿真及识别算法研究[D].湖南大学，2010.

[4]乌云高娃.变压器励磁涌流的分析与控制研究[D].武汉大学，2009.