（国核电力规划设计研究院 北京 100095）
摘要：电力变压器是电力系统中的重要设备，其安全性和稳定性对整个电力系统的运行极为重要。变压器空载合闸或外部故障切除电压恢复的过程中，会产生幅值可达变压器额定电流的几倍甚至近十倍的励磁涌流。由于励磁涌流只流过变压器的电源侧，故将流入变压器纵联差动保护的差动回路中，如果不能够识别出这一电流，纵联差动保护则可能误动作。本文基于Matlab/Simulink仿真软件包，建立了单相和三相饱和变压器仿真模型，并对不同合闸初相角条件下变压器各相的励磁涌流进行仿真研究，对变压器励磁涌流的产生机理和间断角、二次谐波含量等因素进行了研究，分析了影响变压器励磁涌流的各种因素。并根据试验结果分析了励磁涌流和故障电流的波形特征。可为大型变压器在励磁涌流条件下的防误动提供参考。
关键词：Matlab；励磁涌流；合闸初相角；二次谐波；直流分量
1引言
随着经济的快速发展，近年来我国电力网络结构发生了巨大变化，结构也越来越复杂。这就对电力系统故障分析提出了新的挑战，也对继电保护技术提出了更高的要求[1-3]。
目前，大容量变压器的应用日益增多，与输电线路、发电机相比，尽管变压器故障相对较少，但大容量变压器发生故障仍会造成很大影响，若不能快速及时地切除，可能会造成系统事故甚至大面积的停电事故。因此，为了保证电力系统的安全稳定运行，减少故障带来的经济损失，给变压器装设快速、灵敏、可靠和选择性好的保护装置是十分必要的。然而，大型变压器空载合闸时，在一定的条件下，会产生很大的励磁涌流。励磁涌流的存在会被差动保护视为发生内部故障，造成继电保护误动作[4-6]。
目前国内外在防止变压器励磁涌流条件下出现误动方面做了很多研究工作。主要包括以下几个方面[7-8]：
以二次谐波含量来区分变压器的励磁涌流和内部故障。变压器励磁涌流波形中一般含有较大的偶次谐波分量，其中又以二次谐波分量所占的比重最大，而故障电流中所含的二次谐波分量要小得多。
以间断角来区分变压器的励磁涌流和内部故障。空载合闸时，由于变压器铁芯中的磁通周期性的饱和与退饱和，励磁涌流会带有明显的间断角特征，而内部故障电流波形却没有此特征。
以波形对称原理区分变压器的励磁涌流和内部故障。利用变压器差动电流导数的前半波与后半波进行比较，以判断其是否发生了励磁涌流。
2励磁涌流产生的机理
单相变压器产生励磁涌流的原理图如图1所示。
磁通与稳态时的保持一致，则不会出现励磁涌流。图4中的仿真结果与上述理论分析完全吻合。
由图5中的仿真结果可知，无论合闸初相角是多少，三相中至少有两相存在一定程度的励磁涌流。当某一相的合闸初始角为90°的时候，该相无励磁涌流，而另外两相存在励磁涌流；当某一相的合闸初始角为0°的时候，该相励磁涌流为三相中的最大值。由傅里叶分解（FFT）结果可知，当存在励磁涌流时，电流波形的总畸变率（THD）较大，且二次谐波在所有谐波中的比例最高。当无励磁涌流时，电流波形的总畸变率在1%以内。波形的正弦度较好，谐波成分较低。无论有无励磁涌流，电流波形中均存在一定的直流成分（零次谐波）。
5结论
本文基于Matlab/Simulink仿真软件，对单相、三相变压器的励磁涌流进行了仿真研究。得到以下几点结论。
(1)单相变压器合闸初相角为0时，会出现严重励磁涌流，且励磁涌流出现在合闸后半个周波左右；
(2)单相变压器合闸初相角为90°时，不会出现励磁涌流，但电流波形因含有直流分而偏向纵轴的某一侧，幅值不关于时间轴对称；
(3)三相变压器合闸后至少两相存在励磁涌流，合闸初相角为90°的那一相不会出现励磁涌流；
(4)出现励磁涌流后，电流中存在二次谐波，且其含量较高。励磁涌流在一个周波内存在间断角。
参考文献
[1]王维俭. 发电机变压器继电保护应用[M]. 北京: 中国电力出版社, 2005.
WANG Wei-jian. Application of relay protection on generator and transformer [M]. Beijing: China Power Press, 2005.
[2]贺家李, 宋从矩. 电力系统继电保护原理[M]. 北京:中国电力出版社, 2004.
HE Jia-li, SONG Cong-ju. Relay protection theory of power system [M]. Beijing: China Power Press, 2004.
[3]张保会, 尹项根. 电力系统继电保护[M]. 北京: 中国电力出版社, 2005.
ZHANG Bao-hui, YI Xiang-gen. Relay protection of power system [M]. Beijing: China Power Press, 2005.
[4]吕志娟，刘万顺，肖仕武，等. 一种快速识别变压器励磁涌流和内部故障的新方法[J]. 中国电机工程学报, 2006, 26(2): 47-51.
LV Zhi-juan, LIU Wan-shun, XIAO Shi-wu, etc. A novel scheme to fast discriminate inrush current from internal fault of power transformer [J]. Proceedings of CSEE, 2006, 26(2): 47-51.
[5]杨福生. 小波变换的工程分析与应用[M].北京:北京科学出版社, 1999.
YANG Fu-sheng. Engineering analysis and application of wavelet transform [M]. Beijing: Beijing Science Press, 1999.
[6]白全林. 电力变压器励磁涌流的分析与研究[M]. 西安:西安科技大学, 2010.
BAI Quqan-lin. Analysis and research on the inrush current of power transformer [M]. Xian: Xi’an, University of Science and Technology, 2006.
[7]葛宝明, 王祥珩, 苏鹏声, 王维俭. 电力变压器的励磁涌流判据及其发展方向[J]. 电力系统自动化, 2003, 27(22): 1~5, 30.
GE Bao-ming, WANG Xiang-heng, SU Peng-sheng, WANG Wei-jian. Criteria and development trend to identify inrush current of power transformer [J]. Automation of Electric Power Systems, 2003, 27(22): 1~5, 30.
[8]李钷，乌云高娃，刘涤尘，等. Preisach 模型剩磁计算与抑制励磁涌流合闸角控制规律[J]. 电力系统自动化，2006, 30(19)：19: 37-40.
LI Po, WU Yun-gaowa, LIU Di-chen, etc. Remanence calculation based on preisach model and control regular for suppressing closing angle of inrush current [J]. Automation of Electric Power Systems, 2006, 30(19)：19: 37-40.
作者简介：
何文华（出生年-1983），女，山东济南，中级职称，学士，电气自动化
论文作者:何文华,李广治
论文发表刊物:《电力设备》2016年第23期
论文发表时间:2017/1/13
标签：励磁论文; 变压器论文; 谐波论文; 波形论文; 相角论文; 电流论文; 故障论文; 《电力设备》2016年第23期论文;