王斌 魏穎* 沈陽工學(xué)院信息與控制學(xué)院

引言：變壓器是電力設(shè)備供電系統(tǒng)中很重要的器件，如果變壓器發(fā)生了硬件性故障將會對整個電力運行系統(tǒng)的穩(wěn)定運行帶來嚴(yán)重的影響，特別是在變壓器空載合閘或外部故障切除后電壓恢復(fù)到正常值時，因為鐵芯飽和產(chǎn)生很大的勵磁涌流。由于對變壓器勵磁涌流的原理分析比較復(fù)雜，涉及到電路原理、電機學(xué)、電磁場、微積分，并且包含大量的計算和畫圖。MATLAB的引入，可以使勵磁涌流的分析更加統(tǒng)、簡便和直觀。本文運用MATLAB軟件, 對變壓器空載合閘這一瞬變過程進行計算機軟件仿真分析。

1 MATLAB 電力系統(tǒng)模塊簡介

MATLAB是一種吧可視化程序設(shè)計融合在一個各種模塊交互工作狀態(tài)的軟件。通過仿真運算，以及數(shù)據(jù)分析，對電氣系統(tǒng)中的電氣元器件進行可視化建模和仿真，即使很復(fù)雜的電力系統(tǒng)運算都可以進行仿真。

在以Simulink 為運行環(huán)境的狀態(tài)下，包含了電路，電力電子，電氣傳動等常用的基本元件和系統(tǒng)的仿真模型。在本文中的仿真中主要由4個模塊構(gòu)成：電源模塊，斷路器模塊，測量模塊，變壓器模塊。

2 仿真模型

2.1 系統(tǒng)模型

利用MATLAB PSB 所建立的用于變壓器空載合閘瞬變過程仿真分析的系統(tǒng)模型如圖1所示, 圖中的變壓器、等效電源、負(fù)荷、斷路器、Fourier(傅里葉)分析以及測量模塊等都是MATLAB PSB模塊庫中的標(biāo)準(zhǔn)模型。按圖1建立帶有等效電源，斷路器以及測量模塊的三相飽和變壓器標(biāo)準(zhǔn)模型。

圖1 系統(tǒng)模型

2.2 參數(shù)設(shè)置

在圖1中，三相電源Equivalent的參數(shù)設(shè)置如圖2所示，電壓源選用66000V電源，頻率為50Hz。變壓器采用三相兩繞組變壓器模型，選擇“飽和鐵芯”。為簡化仿真，變壓器兩側(cè)的繞組接線方式相同，電壓等級也相同，變壓器的參數(shù)設(shè)置如圖3所示。

圖2 電源模塊參數(shù)設(shè)置

圖3 變壓器參數(shù)設(shè)置

三相斷路器模塊如圖4所示，用來控制變壓器的投入，仿真時，主要改變它們的切換時間。本文設(shè)計的仿真實驗斷路器開斷時間選用 0.06s。

3 仿真分析

利用圖1所示的模型分析出變壓器空載合閘過程時，設(shè)置三相斷路器模塊的切換時間為0s，仿真時間為0.5 s，仿真算法器為Ode23t。將電源E的A 相初相位設(shè)為0°，運行仿真，得到空載合閘后依次顯示出的電壓，電流以及三相勵磁涌流的波形如圖5所示。

圖5 三相勵磁涌流波形

觀察空載合閘后的三相勵磁涌流的仿真結(jié)果，由圖3知, 變壓器空載合閘時出現(xiàn)三相程度不同的勵磁電流。即A、B相的勵磁電流為勵磁涌流, 由于外加電壓相位的不同、鐵芯中剩磁的大小和方向的不同,而C相只為正常的勵磁電流。由圖5可知, 勵磁涌流包含有很大成分的非周期分量, 致使涌流偏于時間軸的一側(cè),且波形之間出現(xiàn)間斷。勵磁涌流屬于正常工作狀態(tài)下的電流, 但它卻是誘發(fā)保護動作的差動電流。因此,在變壓器保護中,必須鑒別出勵磁涌流,防止差動保護誤動。勵磁涌流的電流值往往比短路電流大,大型變壓器的勵磁涌流衰減比較慢, 若采用提高保護的動作電流值,會降低保護的靈敏度, 會延長保護時間。

4 結(jié)論

本文利用MATLAB的電氣系統(tǒng)模塊庫，為分析研究變壓器空載合閘瞬變過程建立了仿真模型, 建模簡單方便, 并可在Simulink環(huán)境中高效地進行仿真分析，為系統(tǒng)設(shè)計和分析提供了一種有力手段。