CN110161297B - 一种重合闸工况下电力变压器绕组电流计算方法 - Google Patents
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Abstract
一种重合闸工况下电力变压器绕组电流计算方法属于电力变压器技术领域，尤其涉及一种重合闸工况下电力变压器绕组电流计算方法。本发明提供一种重合闸工况下电力变压器绕组电流计算方法。本发明包括下述步骤：第一步，建立电力变压器铁等效电路模型；第二步，通过变压器设计中的铁心饱和磁通密度计算得到铁心饱和磁通，计算公式为φm＝BmS(1)其中，φm为铁心饱和磁通，Bm为变压器设计中的铁心饱和磁通密度，S为变压器铁心横截面积。第三步，通过变压器铁心饱和磁通计算等效电感，计算公式为
其中，L为变压器等效电感，IN为变压器额定电流。
Description
技术领域
本发明属于电力变压器技术领域，尤其涉及一种重合闸工况下电力变压器绕组电流计算方法。
背景技术
大型变压器作为特高压电网中的关键设备之一，肩负着整个电力系统电压和能量转换的重要作用。随着单台变压器容量的不断增大，大型变压器故障发生率逐年升高，已成为影响电力系统稳定运行的主要原因。随着近年来冰雪和大风、沙尘等灾害性气候出现的频率逐渐上升以及严重程度的加剧，电网线路跳闸情况愈发严重，电力变压器承受多次重合闸冲击的情况时有发生。
综合现有的理论研究及产品实际运营经验可知，变压器损坏故障并不都是系统一、两次冲击造成的，变压器铁心磁通的叠加效应是不可忽视的因素。变压器因遭受多次冲击而发生损坏的过程中，在空载投入电网或外部故障切除后电压恢复时，由于铁心的磁滞特性使变压器磁通进入饱和状态，会产生达到额定电流8-10倍的涌流，其大小与合闸角、暂态磁通等有关，因此重合闸工况下绕组电流计算需考虑暂态磁通、合闸角的影响。尽管目前国内外学者对大型变压器故障问题进行了大量的研究，促进了变压器设计理论与仿真技术的发展，但很少见到对大型变压器多次重合闸工况下的电磁特性研究。现阶段，对重合闸工况下变压器绕组故障电流的认识仍未完善，最关键的是缺少重合闸工况下变压器铁心暂态磁通的建模计算方法，因此，有必要引入适用于重合闸工况的变压器铁心暂态磁通模型，提出变压器绕组重合闸电流计算方法。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种重合闸工况下电力变压器绕组电流计算方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明包括下述步骤：
第一步，建立电力变压器铁等效电路模型；
第二步，通过变压器设计中的铁心饱和磁通密度计算得到铁心饱和磁通，计算公式为
φm＝BmS (1)
其中，φm为铁心饱和磁通，Bm为变压器设计中的铁心饱和磁通密度，S为变压器铁心横截面积。
第三步，通过变压器铁心饱和磁通计算等效电感，计算公式为
其中，L为变压器等效电感，IN为变压器额定电流。
第四步，通过变压器电压频率、合闸角和绕组等效电阻与等效电感计算得到重合闸工况下变压器铁心暂态磁通，计算公式为
其中，φn为重合闸变压器铁心暂态磁通，w为变压器电压频率，n为重合闸次数，ti为第i次电流计算的时刻，αi为第i次合闸角，R为绕组等效电阻，通常通过变压器损耗试验测量得出，L为绕组等效电感，φr为第一次断开的剩余磁通，j为合闸次数；
第五步，通过变压器电压频率和等效电感计算变压器等效感抗，计算公式为
XL＝ωL (4)
其中，XL为变压器等效感抗；
第六步，通过重合闸变压器铁心暂态磁通计算铁心暂态磁通密度，计算公式为
其中，Bn为第n次重合闸时变压器铁心暂态磁通密度；
第七步，通过变压器饱和磁通密度、等效感抗计算得到重合闸工况下电力变压器绕组电流，计算公式为
其中，Um为变压器电网电压峰值，Br为铁心用硅钢片材料的剩磁点；
完成重合闸工况下变压器绕组电流计算过程。
本发明有益效果。
本发明建立电力变压器的等效电路模型，通过叠加计算得到重合闸工况下电力变压器铁心暂态磁通，基于等效电路模型计算得到重合闸工况下电力变压器绕组电流。本发明由于引入了重合闸工况下电力变压器铁心暂态磁通模型，所以能够对重合闸工况下电力变压器绕组电流进行计算。本发明可直接应用于实际工程中，具有较强的实用性。
本发明重合闸工况下电力变压器铁心暂态磁通计算考虑了多次重合闸的影响，具体通过变压器电压频率、合闸角、变压器等效电阻和等效电感计算得到。
在重合闸工况下，变压器绕组故障电流时变过程与额定或短路运行情况不同，变压器铁心暂态磁通的存在使变压器磁化特性发生改变。具体的，当断路器断开时，变压器铁心中存在剩余磁通，在重合闸的时间间隔内，剩余磁通不会消失，当断路器重合闸时，变压器铁心中的剩余磁通和电网电压产生的暂态磁通叠加，使得变压器铁心过度饱和，绕组故障涌流增大。这些变化对于变压器绕组电流计算都会造成很大的影响，这可能会造成采用以往方法对变压器绕组故障电流计算的误差。所以给出重合闸工况下变压器绕组电流计算方法，对于变压器故障保护等工程应用具有重要意义。
在重合闸工况中，变压器铁心剩磁与断路器断开相角有关，重合闸后变压器铁心叠加磁通与重合闸相角与剩余磁通相关。本发明由于引入了重合闸工况下变压器铁心暂态磁通模型，所以能够更准确的对变压器绕组电流进行计算。本发明可直接应用于实际工程中，具有较强的实用性。
本发明中的重合闸工况下变压器铁心暂态磁通模型，具体是变压器电压频率、合闸角和绕组等效电阻与等效电感计算得到，通过磁通的叠加，将重合闸次数的影响考虑到绕组电流计算中。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。
图1是本发明方法的流程图。
图2是电力变压器等效电路图。
具体实施方式
如图所示，本发明包括下述步骤：
第一步，建立电力变压器铁等效电路模型(可将变压器等效为一个电感和一个电阻串联)，如图2所示；
第二步，通过变压器设计中的铁心饱和磁通密度计算得到铁心饱和磁通，计算公式为
φm＝BmS (1)
其中，φm为铁心饱和磁通，Bm为变压器设计中的铁心饱和磁通密度，S为变压器铁心横截面积。
第三步，通过变压器铁心饱和磁通计算等效电感，计算公式为
其中，L为变压器等效电感，IN为变压器额定电流。
第四步，通过变压器电压频率、合闸角和绕组等效电阻与等效电感计算得到重合闸工况下变压器铁心暂态磁通，计算公式为
其中，φn为重合闸变压器铁心暂态磁通，w为变压器电压频率，n为重合闸次数，ti为第i次电流计算的时刻，αi为第i次合闸角，R为绕组等效电阻，通常通过变压器损耗试验测量得出，L为绕组等效电感，φr为第一次断开的剩余磁通，j为合闸次数；
第五步，通过变压器电压频率和等效电感计算变压器等效感抗，计算公式为
XL＝ωL (4)
其中，XL为变压器等效感抗；
第六步，通过重合闸变压器铁心暂态磁通计算铁心暂态磁通密度，计算公式为
其中，Bn为第n次重合闸时变压器铁心暂态磁通密度；
第七步，通过变压器饱和磁通密度、等效感抗计算得到重合闸工况下电力变压器绕组电流，计算公式为
其中，Um为变压器电网电压峰值，Br为铁心用硅钢片材料的剩磁点；
完成重合闸工况下变压器绕组电流计算过程。
下面通过一个实例对本发明的步骤进行详细说明。
第一步，以某型110kV变压器为例，建立等效电路模型，如图2所示。
第二步，已知变压器铁心饱和磁通密度设计值为1.7T，已知铁心截面积设计值为0.64m2，计算得到铁心的饱和磁通为1.088Wb。
φm＝BmS＝1.7×0.64＝1.088 (1)
第三步，已知变压器额定电流为544A，上述计算中铁心饱和磁通为1.088Wb，计算得到变压器等效电感为0.002H。
第四步，已知变压器电压频率设计值为50Hz，上述计算中变压器等效电感为0.002H，测量得到变压器绕组电阻为0.08Ω，测量得到变压器铁心剩余磁通为0.512Wb，以第1次重合闸于电压相角90°后0.01s为例，计算得到变压器铁心暂态磁通为1.408Wb。
第五步，已知变压器电压频率设计值为50Hz，上述计算中变压器等效电感为0.002H，计算得到变压器等效感抗为0.628Ω。
XL＝ωL＝2×3.14×50×0.002＝0.628 (4)
第六步，上述计算中第1次重合闸于电压相角90°后0.01s变压器铁心暂态磁通为1.408Wb，已知铁心截面积设计值为0.64m2，计算得到第1次重合闸于电压相角90°后0.01s变压器铁心暂态磁通密度为2.2T。
第七步，已知变压器铁心饱和磁通密度设计值为1.7T，上述计算中变压器等效感抗为0.628Ω，上述计算中第1次重合闸于电压相角90°后0.01s变压器铁心暂态磁通密度为2.2T，测量得到铁心用硅钢片材料的剩磁点为0.8T，已知额定电压为110V，计算得到第1次重合闸于电压相角90°后0.01s变压器绕组电流为1100A。
完成重合闸工况下变压器绕组电流计算过程。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种重合闸工况下电力变压器绕组电流计算方法，其特征在于包括下述步骤：
第一步，建立电力变压器铁心等效电路模型；
第二步，通过变压器设计中的铁心饱和磁通密度计算得到铁心饱和磁通，计算公式为
φm＝BmS (1)
其中，φm为铁心饱和磁通，Bm为变压器设计中的铁心饱和磁通密度，S为变压器铁心横截面积；
第三步，通过变压器铁心饱和磁通计算等效电感，计算公式为
其中，L为变压器等效电感，IN为变压器额定电流;
第四步，通过变压器电压频率、合闸角和绕组等效电阻与等效电感计算得到重合闸工况下变压器铁心暂态磁通，计算公式为
其中，φn为重合闸变压器铁心暂态磁通，w为变压器电压频率，n为重合闸次数，ti为第i次电流计算的时刻，αi为第i次合闸角，R为绕组等效电阻，通过变压器损耗试验测量得出，L为绕组等效电感，φr为第一次断开的剩余磁通，j为合闸次数；
第五步，通过变压器电压频率和等效电感计算变压器等效感抗，计算公式为
XL＝ωL (4)
其中，XL为变压器等效感抗；
第六步，通过重合闸变压器铁心暂态磁通计算铁心暂态磁通密度，计算公式为
其中，Bn为第n次重合闸时变压器铁心暂态磁通密度；
第七步，通过变压器饱和磁通密度、等效感抗计算得到重合闸工况下电力变压器绕组电流，计算公式为
其中，Um为变压器电网电压峰值，Br为铁心用硅钢片材料的剩磁点；
完成重合闸工况下变压器绕组电流计算过程。
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| CN201910575830.XA CN110161297B (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种重合闸工况下电力变压器绕组电流计算方法 |
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| CN201910575830.XA Active CN110161297B (zh) | 2019-06-28 | 2019-06-28 | 一种重合闸工况下电力变压器绕组电流计算方法 |
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