CN101488659B - 一种预测三相电力变压器励磁涌流的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及继电保护技术领域，具体是一种预测三相电力变压器励磁涌流的方法。现有技术存在步骤繁琐、不便于准确得知励磁涌流的极限情况、影响了对变压器的准确分析的缺陷，本发明依次经过基本数据采集、设定假设量φ₀、建立物理模型并列方程，物理模型包含一个磁通量值φ₀为零序磁通回路，该零序磁通回路具有假想电流i₀。然后改变各相的电压、剩磁和合闸相位的值，解方程得到电流值的大小和波形，从而得到励磁涌流的极限情况。通过在预测过程中引入零序磁通回路及其磁通量值φ₀，简化了预测和计算过程，能很方便地得出励磁涌流的极限情况，有利于对变压器的准确分析。

Description

一种预测三相电力变压器励磁涌流的方法

【技术领域】

本发明涉及继电保护技术领域，具体是一种预测三相电力变压器励磁涌流的方法。

【背景技术】

为了保证电力系统及电力变压器的安全运行，一般在其上都设有继电保护装置，一旦发现变压器区内故障，则快速将变压器从系统中切除以避免严重后果。然而变压器在运行过程中会出现励磁涌流现象，其产生的高电流信号常会被误认为是故障电流而引起跳闸，造成不必要的损失，因而需要对变压器的励磁涌流情况进行分析和预测，确定涌流的范围，以便于在使用中采取相应措施。现有的预测方法都是根据变压器原始数据建立一定的物理模型，通过分析该模型来达到预测的目的。现有的物理模型如图1所示，φ₁、φ₂、φ₃分别为A、B、C三相磁通回路的磁通量，φ₇、φ₈则分别为A相流过B、C相铁芯及C相至B、A相铁芯的磁通，φ₄、φ₅、φ₆为A、B、C三相对变压器箱壳和空气隙的漏磁通，这些磁通量的值以及各项一次、二次绕组的电流I_A、I_B、I_C、I_a、I_b、I_c都是不可测的而需要预测和计算的，根据现有的物理模型所得出的方程由于未知量过多，必须引入假设条件或者测量其他的数据才能得这些量，步骤繁琐，不便于准确得知励磁涌流的极限情况，影响了对变压器的准确分析。

【发明内容】

为了克服现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供一种预测三相电力变压器励磁涌流的方法，以简化步骤、方便而准备地预测变压器励磁涌流的极限情况，便于对变压器的准确分析。

为此，本发明采用以下技术方案：一种预测三相电力变压器励磁涌流的方法，其特征在于它包括下述步骤：

一种预测三相电力变压器励磁涌流的方法，其特征在于它包括下述步骤：

1)取得三相变压器各相的一次绕组漏感(L_A、L_B、L_C)、一次绕组漏感(L_a、L_b、L_c)、一次绕组电阻(R_A、R_B、R_C)、二次绕组电阻(R_a、R_b、R_c)、各相互漏感的值以及系统等值内电感(L_S)和系统等值内电阻(R_S)的值；

2)建立假设量φ₀，其值大小等于三相对变压器箱壳和空气隙的漏磁通之和；

3)根据取得的电感、电阻值以及假设量φ₀建立变压器的物理模型，并得到若干电路和磁路方程，建立各相电压与电流之间的联系；

4)改变各相的电压、剩磁和合闸相位的值，得到电流值的大小和波形，从而得到励磁涌流的极限情况。

在第一步骤中，电感和电阻等值一般可直接由变压器生产厂家提供，必要时也可进行测量得知。

三相对变压器箱壳和空气隙的漏磁通是穿越空气隙的，正常时很小，可以忽略，但是当三柱同时饱和时，其值会变得较大而不能忽略。

本发明用假设量φ₀代替了原方法中的三相对变压器箱壳和空气隙的漏磁通，减少了电路和磁路方程中的两个变量，从而有助于方程的求解，不需要引入假设条件或测量其他数据便可得到励磁涌流的极限情况，便于对变压器的准确分析。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明采取如下技术措施：在所述的物理模型中，设置一个磁通量值φ₀为零序磁通回路，并根据该磁通大小设立零序电流i₀。用假设的一个零序磁通回路来代替原有的三相对变压器箱壳和空气隙的漏磁通，其存在的误差很小，可以忽略，零序磁通回路的建立和假想电流i₀的引入便于对物理模型的分析和计算。此外，可以通过增加零序电流环节来使模型更接近三相三柱变压器的真实情况。

设M为互漏感，V_A、V_B、V_C为各相的一次绕组电压值，V_a、V_b、V_c为各相的二次绕组电压值，I_A、I_B、I_C为各相的一次绕组电流值，I_a、I_b、I_c为各相的二次绕组电流值，并定义A、B、C、a、b、c各相线圈排号依次为1、2、3、4、5、6，F_a、F_b、F_c为A、B、C三相的主磁势，φ₁、φ₂、φ₃分别为A、B、C三相磁通回路的磁通量，l₁、l₂、l₃、l₀分别为A、B、C三相磁通回路及零序磁通回路的平均磁路长度，H₁、H₂、H₃、H₀分别为A、B、C三相磁通回路及零序磁通回路的磁场强度，所述的电路和磁路方程包括：

$\left[\begin{array}{c}{V}_A\\ V_B\\ V_C\\ V_a\\ V_b\\ V_c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\frac{\mathrm{dN}{\mathrm{\φ}}_1}{\mathrm{dt}}\\ \frac{\mathrm{dN}{\mathrm{\φ}}_2}{\mathrm{dt}}\\ \frac{\mathrm{dN}{\mathrm{\φ}}_3}{\mathrm{dt}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cccccc}{R}_A+R_S& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& R_B+R_S& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& R_C{R}_S& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& R_a& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& R_b& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& R_c\end{array}\right]*$

$\left[\begin{array}{c}{i}_A\\ i_B\\ i_C\\ i_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cccccc}{L}_A+L_S& M_{12}& M_{13}& M_{14}& M_{15}& M_{16}\\ M_{21}& L_B+L_S& M_{22}& M_{24}& M_{25}& M_{26}\\ M_{31}& M_{32}& L_C+L_S& M_{34}& M_{35}& M_{36}\\ M_{41}& M_{42}& M_{43}& L_a& M_{45}& M_{46}\\ M_{51}& M_{52}& M_{53}& M_{54}& L_b& M_{56}\\ M_{61}& M_{62}& M_{63}& M_{64}& M_{65}& L_c\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{di}}_A/\mathrm{dt}\\ {\mathrm{di}}_B/\mathrm{dt}\\ {\mathrm{di}}_C/\mathrm{dt}\\ {\mathrm{di}}_a/\mathrm{dt}\\ {\mathrm{di}}_b/\mathrm{dt}\\ {\mathrm{di}}_c/\mathrm{dt}\end{array}\right]$

$\left\{\begin{array}{c}{F}_a=N(i_A+i_a)=H_1{l}_1+H_0{l}_0\\ F_b=N(i_B+i_b)=H_2{l}_2+H_0{l}_0\\ F_c=N(i_C+i_c)=H_3{l}_3+H_0{l}_0\end{array}\right.$

Nφ₁+Nφ₂+Nφ₃＝Nφ₀＝L₀i₀。

电路方程和磁路方程相结合总共有十个独立的方程式，形式上有十三个未知量，其中三组(i₁，φ₁)、(i₂，φ₂)、(i₃，φ₃)每对真正的未知量只有一个，一对中二元素，已知任一个，就可按照磁化曲线相应求出另一元素，因此方程可解，通过数字仿真等方式便可解出方程。

有益效果：本发明通过在预测过程中引入零序磁通回路及其磁通量值φ₀，简化了预测和计算过程，能很方便地得出励磁涌流的极限情况，有利于对变压器的准确分析。

【附图说明】

图1为现有的励磁涌流预测方法的物理模型示意图。。

图2为本发明的物理模型示意图。

图3为本发明的磁路等效示意图。

【具体实施方式】

物理模型如图2、3所示的预测三相电力变压器励磁涌流的方法，依次经过基本数据采集、设定假设量φ₀、建立物理模型并列方程，物理模型包含一个磁通量值φ₀为零序磁通回路，该零序磁通回路具有假想电流i₀。然后改变各相的电压、剩磁和合闸相位的值，解方程得到电流值的大小和波形，从而得到励磁涌流的极限情况。

图中，φ₁、φ₂、φ₃分别为A、B、C三相磁通回路的磁通量，φ₀为零序磁通回路，φ₀的值等效于现有方法中φ₄+φ₅+φ₆的值。根据模型，可得到以下方程：

$\left[\begin{array}{c}{V}_A\\ V_B\\ V_C\\ V_a\\ V_b\\ V_c\end{array}\right]=\left[\begin{array}{ccc}1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\\ 1& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\frac{\mathrm{dN}{\mathrm{\φ}}_1}{\mathrm{dt}}\\ \frac{\mathrm{dN}{\mathrm{\φ}}_2}{\mathrm{dt}}\\ \frac{\mathrm{dN}{\mathrm{\φ}}_3}{\mathrm{dt}}\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cccccc}{R}_A+R_S& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& R_B+R_S& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& R_C{R}_S& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& R_a& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& R_b& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& R_c\end{array}\right]*$

$\left[\begin{array}{c}{i}_A\\ i_B\\ i_C\\ i_a\\ i_b\\ i_c\end{array}\right]+\left[\begin{array}{cccccc}{L}_A+L_S& M_{12}& M_{13}& M_{14}& M_{15}& M_{16}\\ M_{21}& L_B+L_S& M_{22}& M_{24}& M_{25}& M_{26}\\ M_{31}& M_{32}& L_C+L_S& M_{34}& M_{35}& M_{36}\\ M_{41}& M_{42}& M_{43}& L_a& M_{45}& M_{46}\\ M_{51}& M_{52}& M_{53}& M_{54}& L_b& M_{56}\\ M_{61}& M_{62}& M_{63}& M_{64}& M_{65}& L_c\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\mathrm{di}}_A/\mathrm{dt}\\ {\mathrm{di}}_B/\mathrm{dt}\\ {\mathrm{di}}_C/\mathrm{dt}\\ {\mathrm{di}}_a/\mathrm{dt}\\ {\mathrm{di}}_b/\mathrm{dt}\\ {\mathrm{di}}_c/\mathrm{dt}\end{array}\right]$

$\left\{\begin{array}{c}{F}_a=N(i_A+i_a)=H_1{l}_1+H_0{l}_0\\ F_b=N(i_B+i_b)=H_2{l}_2+H_0{l}_0\\ F_c=N(i_C+i_c)=H_3{l}_3+H_0{l}_0\end{array}\right.$

Nφ₁+Nφ₂+Nφ₃＝Nφ₀＝L₀i₀

将已经得知的数据代入方程，改变V_A、V_B、V_C、V_a、V_b、V_c的值及剩磁和合闸相位的值，可得到不同的I_A、I_B、I_C、I_a、I_b、I_c的值，便可确定励磁涌流的范围。

Claims (3)

1.一种预测三相电力变压器励磁涌流的方法，其特征在于它包括下述步骤：

1)取得三相变压器各相的一次绕组漏感(L_A、L_B、L_C)、二次绕组漏感(L_a、L_b、L_c)、一次绕组电阻(R_A、R_B、R_C)、二次绕组电阻(R_a、R_b、R_c)、各相互漏感的值以及系统等值内电感(L_S)和系统等值内电阻(R_S)的值；

2)建立假设量φ₀，其值大小等于三相对变压器箱壳和空气隙的漏磁通之和；

3)根据取得的电感、电阻值以及假设量φ₀建立变压器的物理模型，并得到若干电路和磁路方程，建立各相电压与电流之间的联系；

4)改变各相的电压、剩磁和合闸相位的值，得到电流值的大小和波形，从而得到励磁涌流的极限情况。

2.根据权利要求1所述的预测三相电力变压器励磁涌流的方法，其特征在所述的物理模型中，设置一个磁通量值为φ₀的零序磁通回路，并根据该磁通大小设立零序电流i₀。

3.根据权利要求2所述的预测三相电力变压器励磁涌流的方法，其特征在于设M为互漏感，V_A、V_B、V_C为各相的一次绕组电压值，V_a、V_b、V_c为各相的二次绕组电压值，I_A、I_B、I_C为各相的一次绕组电流值，I_a、I_b、I_c为各相的二次绕组电流值，并定义A、B、C、a、b、c各相线圈排号依次为1、2、3、4、5、6，F_a、F_b、F_c为A、B、C三相的主磁势，φ₁、φ₂、φ₃分别为A、B、C三相磁通回路的磁通量，l₁、l₂、l₃、l₀分别为A、B、C三相磁通回路及零序磁通回路的平均磁路长度，H₁、H₂、H₃、H₀分别为A、B、C三相磁通回路及零序磁通回路的磁场强度，L₀为零序磁通回路的电感，所述的电路和磁路方程包括： 

Nφ₁+Nφ₂+Nφ₃＝Nφ₀＝L₀i₀。 

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