基于合闸前铁心内磁通估计的变压器涌流抑制方法研究

摘要

电力变压器是电力系统中极其重要的电气设备。在其空载合闸时可能会因铁心的饱和，绕组内出现额定电流若干倍大小的励磁涌流，对系统运行、设备安全和保护动作都会产生极大的影响。本论文以此实际问题为基点，开展励磁涌流的研究。
　　 当前的各种电力变压器励磁涌流识别的原理和方法，都有理论瑕疵，或还处在实验阶段，可靠性和实用性尚需进一步提高等。本文从抑制涌流的研究方向入手，结合变压器的结构、工作原理，分析了空载合闸单相变压器时铁心内“有初始磁通”和“无初始磁通”两种情况下各自合闸时的暂态过程，指出了选相技术空投变压器的基本原则。在此原则上，进一步分析同步关合空投三相变压器的暂态过程、选相技术空投三相变压器的三种合闸策略(同时合闸、快速合闸和延迟合闸)以及改进同步关合空投变压器的方案等。以上仅为“抑制”涌流研究的理论方案部分。
　　 以上提出的各种抑制涌流方案有一个共同点：就是需要确定合闸前铁心内初始磁通。这一参数至关重要，也是本文研究的重点和难点所在。论文完成的主要工作和取得的研究成果如下：
　　 ①论文在了解当前国内外变压器励磁涌流研究的最新情况下，对变压器的空载合闸暂态过程和抑制涌流的各种方案进行了深入的理论分析；
　　 ②针对变压器初始磁通检测的困难，论文提出了根据电压合闸角和电流饱和时间估算合闸前初始磁通的方法，由于所需参数可测，该估算方法具有一定的可行性；
　　 ③论文就提出的变压器初始磁通估算方法，在实验室动模物理系统进行了物理仿真实验，获得了变压器铁心初始磁通与电流分闸角和幅值的关系曲线；
　　 ④依据变压器铁心初始磁通与电流分闸角和幅值的关系曲线，论文研究了变压器的最佳合闸策略；无论三相变压器铁芯内是否有初始磁通，均可以寻找到一个最佳合闸角，在此角度时三相同时合闸，绕组内将产生最小的励磁涌流。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1励磁涌流研究的背景与意义

1.2研究变压器励磁涌流的现状

1.2.1变压器励磁涌流识别技术的研究现状

1.2.2变压器励磁涌流抑制技术的研究现状

1.3本论文的工作

2 变压器的结构、原理及暂态分析

2.1变压器的结构及类型

2.1.1绕组

2.2.2铁心

2.2变压器的基本原理

2.2.1电磁感应原理

2.2.2变压器工作原理

2.3变压器的空载运行

2.3.1变压器空载运行时的物理分析

2 3.2磁通和电势、电压的相互关系

2.3.3一次绕组中电势的平衡

2.4本章小结

3 选相合闸技术在空载合闸变压器中的应用

3.1无初始磁通的空载单相变压器关合投运分析

3.2带初始磁通的空载单相变压器关合投运分析

3.3选相合闸空载变压器的基本原则

3.4选相合闸投空载三相变压器

3.4.1选相合闸投无初始磁通的空载三相变压器

3.4.2选相合闸投带初始磁通的空载三相变压器

3.5初始磁通的确定

3.6改进的选相合闸技术

3.7选相合闸技术空投变压器的影响因素

3.7.1控制信号的准确性

3.7.2断路器的机械特性

3.8本章小结

4 变压器非运行状态下铁心内磁通的估算

4.1变压器空载合闸的暂态过程

4.2变压器合闸前铁心内初始磁通的估量

4.2.1电阻和电感参数的确定

4.2.2铁心饱和时刻的寻找

4.2.3饱和磁通的估计

4.3估量铁心内初始磁通的仿真分析

4.3.1仿真软件介绍

4.3.2仿真实验验证

4.4本章小结

5 变压器投切运行的动模实验及分析

5.1引言

5.2动模试验系统简介

5.2.1实验线路与参数

5.2.2实验内容

5.3动模实验

5.3.1有载分闸

5.3.2空载合闸

5.4数据分析

5.4.1变压器绕组电阻的计算

5.4.2实验数据分析

5.5本章小结

6 变压器的最佳合闸策略研究

6.1变压器的合闸原则

6.2单相变压器的空载合闸

6.3三相变压器的合闸策略

6.3.1无初始磁通三相变压器的合闸策略

6.3.2带初始磁通三相变压器的合闸策略

6.4本章小结

7 结论与展望

致谢

参考文献

附录 A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录