CN104459579B - Dyn11型三相组式变压器非故障跳闸的剩磁估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Dyn11型三相组式变压器非故障跳闸的剩磁估计方法，首先，信号采集装置通过互感器对Dyn11型三相组式变压器的电压电流波形进行采样得到电压电流瞬时值，通过傅氏算法求出各电气量的复数形式，进而获得功率因数角及铁芯稳态磁通峰值；然后，根据采样获得的三相电流波形，确定首断相及首断相开断电压相角；最后，根据分闸过程中绕组电压的变化情况及其与铁芯磁通的关系估算三相铁芯剩磁；该方法只需采样Dyn11型三相组式变压器运行时三相电压电流波形，通过数据处理获得稳态运行下的功率因数角及铁芯稳态磁通峰值，即可据此估计铁芯剩磁，相关参数易获取，可以方便的用于实际工程预估中。

Description

Dyn11型三相组式变压器非故障跳闸的剩磁估计方法

技术领域

本发明属于变压器剩磁估计方法技术领域，具体涉及一种Dyn11型三相组式变压器非故障跳闸的剩磁估计方法。

背景技术

Dyn11型三相组式变压器由三台单相变压器组成，铁芯主要由硅钢片叠成，原边绕组三角形联结，副边绕组星型联结且中性点接地。由于各相磁通沿各自的磁路闭合，故其磁路系统彼此无关，在电源频率和绕组匝数一定时，各相铁芯磁通由绕组外加电压决定(忽略线圈电阻和漏磁通)。

由于硅钢片属于铁磁材料，存在磁滞现象，在变压器分闸后，外磁场撤销，铁磁质仍能保持原有的部分磁性，使变压器铁芯内留有部分磁通，该磁通称为铁芯剩磁。故可近似认为变压器分闸后剩磁随时间的变化并不明显，剩磁近似等于分闸时刻铁芯磁通。Dyn11型三相组式变压器在三相对称系统中正常运行时原边三相电流大小相等，相位互差120°，由于各相断路器在电流过零时自然分断，故三相分闸时刻非同期，该过程将造成绕组外加电压的改变，进而影响铁芯剩磁。而在变压器空载合闸时，由于铁芯材料励磁特性具有非线性特性，受铁芯剩磁和断路器合闸相角影响，可能造成铁芯的饱和，导致变压器在电压突变的一侧产生很大的励磁电流，其数值最大可达额定电流的6～8倍，这种电流就称为变压器的励磁涌流。由于励磁涌流幅值很大且仅流经变压器一侧，将引起变压器纵差动保护产生很大的差流，导致差动保护误动作跳闸，使变压器的投运屡次失败；数值很大的励磁涌流还会导致变压器及断路器因电动力过大而受损；励磁涌流还可能诱发邻近其它变电站等正在运行的变压器产生“和应涌流”而误跳闸,造成大面积停电；其中的大量谐波对电网电能质量也会造成严重的污染。

选相合闸技术是随着开关技术的发展而提出的一种新型电力设备的关合手段，其抑制励磁涌流的原理是根据分闸后铁心中的剩磁选择合适的合闸相位，控制断路器动静触头在系统电压或电流波形的指定相位角时刻进行开关关合，使合闸时剩磁和偏磁可以近似的相互抵消，从而避免变压器铁心磁通的过饱和，从根本上达到削弱励磁涌流的目的。

现有的多种关于剩磁或磁场的经典计算模型包括Product模型、Preisach模型、Stoner-Wohlfarth模型，但是以上模型计算方法都涉及部分不可直接测量的参数，而利用软件仿真变压器剩磁要求对系统工作行为进行比较精确的模拟，模型搭建较为复杂，故在变压器铁心剩磁的具体估计中实用性均不大。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种Dyn11型三相组式变压器非故障跳闸的剩磁估计方法，该方法只需采样Dyn11型三相组式变压器运行时三相电压电流波形，通过数据处理获得稳态运行下的功率因数角及铁芯稳态磁通峰值，即可据此估计铁芯剩磁，相关参数易获取，可以方便的用于实际工程预估中。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

Dyn11型三相组式变压器非故障跳闸的剩磁估计方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：Dyn11型三相组式变压器运行时，信号采集装置通过互感器对Dyn11型三相组式变压器的电压电流波形进行采样，得到电压电流瞬时值；

步骤2：通过傅氏算法求出Dyn11型三相组式变压器稳态三相电压、电流复数形式，获得功率因数角及铁芯稳态磁通峰值φ_m，所述铁芯稳态磁通峰值其中：U_m表示相电压幅值，N表示绕组匝数，ω为系统角频率；

步骤3：根据步骤1采样获得的三相电流波形，确定首断相及首断相开断电压相角或所述首断相是指首先断开的相，即当某相的电流首先降为零并保持不变，则该相为首断相；

步骤4：估算三相铁芯剩磁

假设首断相为A相，且首断相电压相角为δ，根据式(7)可知，A相开断时刻三相铁芯磁通φ_a、φ_b、φ_c如式(8)所示；

A相断开后三相绕组电压u_A'X、u_BY、u_CZ如式(9)所示，三相电流i_A、i_B、i_C如式(10)所示，根据电磁感应定律，由该电压产生的预感应磁通φ_ay、φ_by、φ_cy为式(11)；

根据磁通连续性定理，A相断开时刻磁通无法突变，将产生如式(12)所示的三相偏磁通φ_ap、φ_bp、φ_cp以抵消该时刻的预感应磁通。

故A相断开后，三相铁芯磁通为(8)、(11)、(12)式之和，化简如式(13)所示。

根据式(10)，B、C相将在滞后A相90°电角度时电流同时过零自然分断；将ωt＝δ+90°带入式(13)，可得三相铁芯剩磁为式(14)

由于三相系统具有对称性，故B,C相为首断相时，首断相及另两相磁通变化规律与上述情况相同，据此可得首断相剩磁为式(15)

正常运行时电压相位超前首断相120°相剩磁为式(16)

正常运行时电压相位滞后首断相120°相剩磁为式(17)

φ_zh＝φ_msin(δ-90°) (17)。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1、相关参数易获取。即该剩磁估计方法所有参数均可通过直接测量或间接计算获得。

2.相比于软件仿真Dyn11型三相组式变压器剩磁，无需搭建复杂的系统模型，方便用于工程预估。

附图说明

图1为电压电流关系图。

图2为Dyn11型三相组式变压器连接组示意图。

图3为仿真模型等效电路图。

图4为估计磁通和仿真磁通波形对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的说明：

变压器运行时，信号采集装置通过互感器对Dyn11型三相组式变压器的电压电流波形进行采样得到电压电流瞬时值，通过傅氏算法求出稳态三相电压复数形式以及电流复数形式如式(1)、(2)。其中U_m表示相电压幅值，α表示A相电压相角，I_m表示线电流幅值，β表示A相电流相角，功率因数角即为各相电压与电流相角差，故

设A相电压相角α＝0°，由(1)、(2)可得稳态三相电压时域表达式u_A(t)、u_B(t)、u_C(t),以及电流时域表达式i_A(t)、i_B(t)、i_C(t)，如式(3)，(4)。

其中ω为系统角频率。

由于原边为三角形联结，故原边三相绕组电压u_AX、u_BY、u_CZ为

根据法拉第电磁感应定律，

其中u表示绕组电压，φ表示铁芯磁通，N表示绕组匝数。

则三相铁芯磁通φ_a、φ_b、φ_c可表示为

其中

图1中u表示原边相电压，i表示相电流，由于分闸时断路器将在电流过零时自然分断，故首断相电压相角为或

假设首断相为A相，且首断相电压相角为δ，开断后电气量可用对称分量法分析。根据式(7)可知，A相开断时刻三相铁芯磁通如式(8)所示；对于Dyn11型组式三相变压器，如图2所示，当零序电压加于变压器D一侧时，各绕组中均没有零序电流通过，故可认为序网中正序阻抗近似等于负序阻抗，零序阻抗无穷大，而原边绕组由于采用三角形接法，三相绕组电压相互联系，满足据此可得A相开断后三相绕组电压u_A'X、u_BY、u_CZ及三相电流i_A、i_B、i_C,如式(9)、(10)所示。

根据电磁感应定律，由该电压产生的三相预感应磁通φ_ay、φ_by、φ_cy为式(11)；

根据磁通连续性定理，A相断开时刻磁通无法突变，将产生如式(12)所示的三相偏磁通φ_Ap、φ_Bp、φ_Cp以抵消该时刻的预感应磁通。

故A相断开后，三相铁芯磁通为(8)、(11)、(12)式之和，化简如式(13)所示。

根据式(10)，B、C相将在滞后A相90°电角度时电流同时过零自然分断；将ωt＝δ+90°带入式(13)，可得三相铁芯剩磁为式(14)

由于三相系统具有对称性，故B,C相为首断相时，首断相及另两相磁通变化规律与上述情况相同，据此可得首断相剩磁为式(15)

正常运行时电压相位超前首断相120°相剩磁为式(16)

正常运行时电压相位滞后首断相120°相剩磁为式(17)

φ_zh＝φ_msin(δ-90°) (17)。

实施例

搭建如图3所示的仿真模型，图中：X_L表示线路阻抗，TV表示电压互感器，TA表示电流互感器，QK表示三相断路器。对三相断路器QK进行分闸操作，信号采集装置通过TA及TV采集三相电压电流波形。本次仿真中，功率因数角铁芯稳态磁通峰值φ_m＝1373.5wb*N，首断相为A相，首断相角首断相分闸时刻如图4所示。利用式(15)，(16)及(17)拟合分闸过程中三相铁芯磁通，与仿真磁通进行比较，从图中可以看出：分闸过程中估计磁通可以较好的拟合仿真磁通，当三相均分闸后，估计磁通与仿真磁通间误差很小，可见该法可以有效估计三相铁芯剩磁。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.Dyn11型三相组式变压器非故障跳闸的剩磁估计方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：Dyn11型三相组式变压器运行时，信号采集装置通过互感器对Dyn11型三相组式变压器的电压电流波形进行采样，得到电压电流瞬时值；

步骤2：通过傅氏算法求出Dyn11型三相组式变压器稳态三相电压、电流复数形式，获得功率因数角及铁芯稳态磁通峰值φ_m，所述铁芯稳态磁通峰值 其中：U_m表示相电压幅值，N表示绕组匝数，ω为系统角频率；

步骤3：根据步骤1采样获得的三相电流波形，确定首断相及首断相电压相角或所述首断相是指首先断开的相，即当某相的电流首先降为零并保持不变，则该相为首断相；

步骤4：估算三相铁芯剩磁

假设首断相为A相，且首断相电压相角为δ，根据式(7)可知，A相开断时刻三相铁芯磁通φ_a、φ_b、φ_c如式(8)所示；

A相断开后三相绕组电压u_A'X、u_BY、u_CZ如式(9)所示，三相电流i_A、i_B、i_C如式(10)所示，根据电磁感应定律，由该电压产生的预感应磁通φ_ay、φ_by、φ_cy为式(11)；

根据磁通连续性定理，A相断开时刻磁通无法突变，将产生如式(12)所示的三相偏磁通φ_ap、φ_bp、φ_cp以抵消该时刻的预感应磁通；

故A相断开后，三相铁芯磁通为(8)、(11)、(12)式之和，化简如式(13)所示；

根据式(10)，B、C相将在滞后A相90°电角度时电流同时过零自然分断；将ωt＝δ+90°代入式(13)，可得三相铁芯剩磁为式(14)

由于三相系统具有对称性，故B,C相为首断相时，首断相及另两相磁通变化规律与上述情况相同，据此可得首断相剩磁为式(15)

正常运行时电压相位超前首断相120°相剩磁为式(16)

正常运行时电压相位滞后首断相120°相剩磁为式(17)

φ_zh＝φ_msin(δ-90°) (17)。