电气工程及其自动化毕业设计-变压器励磁涌流和绕组故障的仿真分析.docx

1、I本科毕业论文（20 届）变压器励磁涌流和绕组故障的仿真分析所在学院专业班级 电气工程及其自动化学生姓名指导教师II完成日期III目 录摘要 .IAbstract .II引言 .11 关于变压器的励磁涌流和绕组短路 .11.1 课题研究的背景与意义 .31.2 国内外关于课题的研究现状 .41.3 在 MATLAB、Simulink 平台上建模的步骤 .42 变压器空载合闸时励磁涌流的仿真 .62.1 变压器励磁涌流仿真分析 .62.2 双侧电源双绕组变压器 .72.2.1 分析影响励磁涌流大小的因素 .72.3 建立仿真模型并分析得到的波形图 .122.4 故障电流波形图特征分析 .162.

2、5 励磁涌流对变压器纵差保护的影响和解决方法 .182.5.1 抑制励磁涌流的方法 .192.5.2 差动保护的优化方法 .193 变压器绕组故障的仿真分析 .213.1 变压器绕组故障原因分析 .213.2 变压器绕组内部故障模型的建立 .223.2.1 变压器保护区内，外故障时的比率制动模型的建立 .223.3 设置参数并对波形图进行分析 .243.4 变压器绕组故障的防范措施及建议 .274 结论 .29参考文献 .30致谢 .32IVContentsSummary .IAbstract .IIIntroduction .11 Inrush current and short-circu

3、it on the transformer windings .11.1 The background and significance of research.31.2 Research Status on topic .41.3 Steps on MATLAB, Simulink modeling platform .42 Simulation of the transformer inrush load switching.62.1 Simulation analysis of transformer inrush current situation .62.2 Bilateral tw

4、o-winding transformer power supply .72.2.1 Analysis of factors affecting the size of the inrush current.72.3 Simulation model and analyze the resulting waveform.122.4 Characteristics of fault current waveform.162.5Inrush current of transformer differential protection impacts and solutions .182.5.1 I

5、nrush current suppression method .192.5.2 Optimization of differential protection .193 Transformer Winding Fault Simulation.213.1 Winding Cause Analysis of Fault .213.2 Establish Transformer Internal Fault Model.223.2.1 To establish the ratio of the outer brake model fault transformer protection zon

6、e .223.3 Setting parameters and waveforms for analysis .243.4 Preventive measures and recommendations transformer winding faults.274 In conclusion.29References .30Acknowledgements .32VVI变压器励磁涌流和绕组故障的仿真分析摘要：随着世界经济不断快速的发展，电已经成为了人类社会正常运转必不可少的商品。而在电能传输的过程中，变压器是其不可缺少的电力元件。变压器的研究方面很多，在本篇论文中介绍了电力变压器的国内外研究史

7、以及电力变压器的各种故障，变压器产生的不平衡电流。重点讲述由变压器铁芯饱和引起的励磁涌流和变压器绕组内部故障.利用 MATLAB/Simulink 来进行变压器空载合闸时励磁涌流和变压器绕组内部故障的仿真，从得到的波形图和数据来进行分析变压器的励磁涌流和绕组故障。通过表面现象研究其内在机理，并提出解决问题的方法为以后电力变压器在这些方面的研究奠定一个基础。关键词:变压器 励磁涌流 Simulink 仿真 绕组故障VIIThe simulation analysis of the excitation inrush current and the transformer faultAbstrac

8、t As the world economy continues rapid development, electricity has become essential for the normal operation of the human society commodity. In the course of power transmission, the transformer which is indispensable electrical component. Many research transformers, In this paper describes the vari

9、ous fault study abroad history of power transformers and power transformers, current imbalance generated by the transformer. Focuses on the inrush current and internal fault transformer winding transformer core saturation caused by using MATLAB / SIMULINK to simulate the inrush current and internal

10、fault of transformer winding transformer load switching, and data obtained from the waveform to be analyzed transformer the inrush current and winding faults. Study the internal mechanism of surface phenomena, and propose solutions to problems and lay a foundation for future research in these areas

11、of power transformers through.Key words: transformer; excitation inrush current; Simulink; winding fault1引言在近几年中，随着社会经济的不断提升以及各大工矿企业用电量的不断加大。大批的容量大，电压高的变压器被制造，与此同时电网的电力系统规模不断扩大。而与变压器快速发展相形见绌的是变压器继电保护的发展却相对来说是非常靠后的，变压器的继电器保护在需要动作时不发生动作或者是该动作时它又不动作，这就造成了变压器出现故障时，保护的可靠性较低。在这有一组数据来表示变压器继电保护的滞后性。在 1995-2

12、002 年期间变压器纵差保护共动作一千五百多次，其中误动作或拒动作五百余次，动作正确率只有不到百分之七十，其继电保护的准确性和可靠性远远的低于发电机的保护和在电能中起输送作用的输电线路的保护。变压器保护动作的正确率不高的因素是多方面的，如绕组车间的工作人员将 CT 极性接反，在计算变压器继电保护的整定时出现的错误，还有变压器在工作时候的维护的次数很少，造成运行不良等；自身最重要的一个因素是变压器制造结构工艺的单一化，问题化，还有对变压器选择的继电保护不适宜等原因。本文主要针对困扰变压器保护的励磁涌流问题和变压器绕组内部短路时的问题，通过建立变压器励磁涌流仿真模型和变压器绕组内部故障的仿真模型进

13、行研究和分析，从而在了解变压器的本质现象后提出一些措施以便提高变压器继电保护的稳定性，以便使整个电力系统运行的安全性，稳定性和经济性发挥最大的效能。1 关于变压器的励磁涌流和绕组短路图 1-1 变压器基本原理2如图 1-1 所示，变压器是一种应用电磁感应原理把电能从一个电路传到另一个电路的电磁装置。它主要由三部分组成一是铁芯，二是环绕在铁芯上的一次侧绕组线圈，三是环绕在铁芯上的二次侧绕组线圈。变压器在生活中有十分广泛的应用范围。除了主要使用在输配电上电力变压器外，还有一些特定场所使用的变压器。电力变压器除了能够改变铁芯两侧电压大小之外，还具有改变两侧电流、两侧的阻抗，相位和隔离，稳压等作用。而

14、且随着我国大电网的战略的实施越来越多条超高压，长距离的线路将要在我国建成，那么在这种背景下大容量变压器的使用会越来越多。电力变压器在空载合闸投入电网或外部故障切除后电压恢复时变压器电压从零或很小的数值突然上升到运行电压时会产生很大的暂态励磁电流,也就是通常所说的变压器的励磁涌流。同时它的波形会发生较大的起伏变化与稳态时的励磁电流的波形截然不同，而且这种变化有可能造成变压器差动保护的误动。在变压器稳态的情况下，流经变压器的励磁电流很小，不会超过变压器额定电流的 2%-5%,这么小的励磁涌流对变压器的纵差保护的影响是很小的，往往忽略不计。但当变压器突然合闸时，并且它的二次侧没有接任何负载或变压器的

15、外部短路故障被变压器保护快速切除后，原先稳态运行的暂态电流这时就会增大到变压器额定电流的四到八倍，变成变压器的励磁涌流。而此时的励磁涌流几乎可以与变压器出现短路故障时的短路电流相比较，而且这个暂态过程将随变压器容量的大小而持续的时间不等。如图 1-1 中，变压器绕组是变压器关键部件，它是构成变压器的电气回路主要部分，也是进行电能交换的重要结构。变压器的内部绕组短路故障属于变压器的内部故障，变压器的内部绕组故障分为绕组的匝间短路，绕组的接地短路，变压器铁芯的损坏，还有相与相之间的短路等，而大部分变压器油箱内的各种故障是由于变压器绕组自身缠绕结构和绝缘布置不合理所引起的，而且绕组故障在这当中是经常

16、出现的，并且概率又是最大的。当变压器在正常运行时内部绕组突然发生故障，这对变压器的影响是很大的，因为当变压器在运行时突然绕组发生短路故障，在变压器的一二次侧的绕组线圈中会出现很大的短路电流，它在变压器绕组上产生大量的热能，这可能会烧坏绕组的绝缘线，从而破坏了变压器的绝缘性能，就极有可能造成变压器的电压击穿和损坏事故。另一方面，短路电流产生的电动力有可能会造成变压器绕组变形，如果短路电流小，继电保护可以正常的动作，变压器受到的短路冲击小，变压器的绕组变形不大；但是如果变压器的短路电流很大，那么变压器受到的短路冲击就会很大，绕组将变形严重，继电保护不能正常动作，就很有可能造成变压器绕组的损坏。31

17、.1 课题研究的背景与意义图 1-2 电力系统结构图如上图 1-2 所示,现在的电力系统一般由发电，输电，变电，配电，用电等五部分构成，电能按照次位顺序有条不紊的进行传输。而在这五部分之中变电就是由电力变压器完成的。在电能的传输和配送的过程中，电力变压器是整个电力系统电能进行传送，分配和调度的重要电力器件，是能量在电力系统输送中的核心部位。在电能由发电厂发出送往千家万户，各大工矿企业和社会的各行各业的过程中，电力变压器都是这些能量传送道路上的一个重要节点，因此电力变压器在现在这个电能传输中的地位可见重要。当变压器出现故障时直接会影响它所联系的下级所有的用户，一旦变压器损坏或是出现了问题将对电力系统的稳定性造成冲击而且系统的突然中断会造成不小的经济损失，并且供电最重要的是可靠与连续，作为电力系统的重要设备，变压器的能否正常运行决定着整个电网供电系统的稳定，可靠与连续性。大型变压器制造工艺复杂，而且需要的人力物力极多，也就造成了变压器设备的贵重性，而且大型变压器牵扯着很大的经济价值，所以在现实生活中必须根据所要安装的变压器具体容量和在电力供应的过程中起到的程度的大小以及变压器的自身故障高发的种类来