《励磁涌流机理与计算》由会员分享，可在线阅读，更多相关《励磁涌流机理与计算（6页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、励磁涌流机理与计算一. 原理2.7.1当变压器合闸瞬时，施加电压所对应的铁心磁通密度与实际铁心磁通密度相同时，就 不会发生任何瞬态过程。实际上瞬态现象是不可能避免的，因为开关合闸瞬间是不容易控制 的，并且，开关合闸对某相有利时，对其他两相则不利。当变压器断闸时，磁化电流变成零，由于磁滞环的原因，铁心磁密不会为零而是有一定的剩 磁BR存在。当在施加电压过零时再合闸时，由于剩磁BR存在的，将产生最大励磁涌流。 如果没有先前的断闸（即不考虑剩磁BR）,那么励磁电流与磁通密度如图中的点划线。根 据磁链守恒定理，合闸后的磁通（0+）与合闸前的磁通相同（0-）。所以合闸后的磁能密度 不是从最小的-BMP开
2、始，而是从+BR开始，并且达到最大的正值（BR+2BMP）,从而使变 压器很快到饱各区。因为外施电压是正弦的，则铁心磁通也是正弦的，励磁电流由于铁心的非线性是尖锋的。通 过解下面的方程可以得到相同的结果：whereVn=pcuk value of lhe applied voltage y=；ini：lc al which voltaic is swilchcd on *_-t-instantaneous value of magnetizing current R=instantaneous value of flux at any dine t /?iprimaiA wioding res
3、istance jVprimary winding lurns上面方程式的解是在假设铁心是线性的条件下得到。磁链和电流的关系为式中厶次线圈的自感利用初始条件(2.31)上式可以看出当I,剩磁一必时，磁通如下图。上式及图形2.13表明，磁通含有一个暂当开关在电压过零时合闸是最糟的，典型的励磁涌流如下图示2.14-打仇=（% 阿&士 0疋Z| % 如（血+ 6）if 2+14 Typical inrush curicnt waveforiii从上图可以清楚的看到在初始的几个周波里，电流明显偏离交流周期波，因此励磁涌流是非常 不对称的，有很多二次谐波成分,其可以用来做为继电保护的方案.另外时间常数L
4、1/R1不是恒定，其取决铁心的饱和程度，在初始的几个周波内,铁心饱和程度 高,L1就小,励磁涌流下降的速度就快,由于电路损耗及铁心饱和程度降低，励磁涌流就衰减的 慢.一般小容量变压器衰减速速度大于大容量变压器，此外高损耗变压器的衰减速度也 快.26.公式2.31是在假设铁心是线性条件下得到的，所以其结果只能是一个大概值，更精确的计算单 相变压器励磁涌流的计算方法可以参考27,28,该方法考虑了变压器铁心的非线性对三相变 压器的励磁涌流的估算可以参考29,30,31.对单相及三相在谐波领域的计算方法可以参考 32.变压器的励磁涌流及过电压在高压直流输电系统中HVDC的分析可参考33二. 励磁涌流
5、最大值估算变压器用户通常关心励磁涌流的最大值和衰减速度，通常铁心材料的最大饱和磁通密度为 2.03T,那么铁心的可以容纳的磁通为门XJ,其它的磁通将跑出铁心，在外面的空气是 流通考虑最极端的情况札命二庖H九二2札戸+札-23 Ae(2.32)4是绕组所包围的平均面积,即平均半径的面积，Au height can be calcukUcd lor a sinyle-phase Iranstcrincr from the tbllowing equation (H is magnetic Ge Id i ntensity)警辱S3)_ hw H (2心 +號-2心九)hw 二如-B,-2M)Ach
6、w心=石而 = 齐丽(2.34)三相变压器的励磁涌流计算需要更多的考虑，下面分析以下三种情况：1) 原边绕组为三角形接法，每相是单独连接到电网，并且励磁涌流发生时的磁通与单相变压 器一致时，那么该相的励磁涌流大小也相同.但考虑到线电流时，就没有那么严重了 通常,线电流是相电流的倍,在励磁涌流时，只有一相才能达到最大值，其它两相可以忽略, 所以三相变压器线电流的励磁涌流是单相励磁涌流的倍.2) 对由三个单相变压器组成的三相变压器，一次侧为星形接法，二次侧为三角接，那么其最 大的励磁涌流如图2.15所示,并假定 相发生最大涌流.Figure 2*15 Innisli in Y-delta bank
7、 of trailsfomiers3）对三相三柱变压器,三相的磁路是相通的，可以看做三个独立的单相变压器参考17,29，在 励磁瞬态下因此对一次侧为星形接的，励磁涌流与2）相同,不管其二次侧是星接还是角 接.三. 衰减形式估算公式2.34给出了励磁电流可能的最大值，运行工程师可能更关心励磁电流衰减速到一定值的 时间，估算方法参考34,35举例计算励磁涌流在5个周波里的最大值，变压器容量31.5MVA,132/33KV,50HZ,Yd1.在高压侧 通电，高压匝数920，平均直径980mm,高度1250 mm,最大磁密为1.7T,铁心净截面积极性0.22 平米,系统及绕组的阻抗是0.9欧姆.解答：
8、假设变压器在电压过零时通电,剩余磁通与初始磁通变化方向一致，这样就可能产生最大励磁 涌流.当铁心饱和，励磁涌流将通过空气电抗来限制XS,可以通过下式来计算.步骤1N = number of lunis of excited winding : 920 turnsA.a； - area inside the mean turn of excited winding 丄(mean diameterY 4-扌(0*980)2 = 0 754 m2- licighT of energized winding 一 L25 m4ti x 10-7 x9202 x 0.754x 2x?rx5O - 2(J2
9、 ohms步骤2Now angle 0 is calculated 34, which corresponds to the instant at which the core saturates.where saturation llux density=2D3 Tesla&甲二 peak value of designed steady-state fl ux density in I lie core=1.? T residual flljx tlensily=().81.36 T(For cold rolled materiaL maxi mum residual llux densi
10、ty is usually taken as 80% of l lie ralecl pcik fl ux Jcjisity. w he ea calculated ns | U|.Ouwx零(13)i2.37)where Vr.m.s. value of applied alternating voltagecor recti on factor for the peak value = 1.151.15x(132000/73)202(1- cos2.0)-869 amperes由公式2.34计算结果与上面的结果很相近= K61 amperes.(2 xl.7+ L36 2.03)x0,22
11、x1.254 xl07x 0754x920步骤4当获得第1个周波的励磁电流最大值,那么就可以计算出第1个周波后铁心的剩余磁通，该值 是衰减的,由于线路损耗及变压器损耗可以按参考34计算Br(new)Br(old)K、R7/(2.3SJwliut?oiL linnsiTmcr winding? resil；incc mid xy4em resiGlance=0,9 oh rmXa=cor reel ion factor for I he decay of inrush 二 2,26.Br(new) - 1.36-1.7 疋2.26x0,9202(2(sin 2.0 - 2.0cos2X)- 13 T重复步骤2,3,4,就可以计算出5个周波的励磁电流的最大值分别是S69A. S46 A. S25 A. S05 A and 7S6，由于绕组连接是Ydl,实际线电流的励磁涌流是单相的2/3倍的关系，即579A,564A,550A,537A,524A励磁涌流本身对变压器没有影响，但仍引起研究者的兴趣励磁涌流和短路故障对变压器绕组 的作用力在36有列举当合闸瞬间可以引起变压器继电器保护动作跳闸.1）利用二次谐波在励磁涌流中占很大比重的特点，可以采用微分继电器保护2）微分继电器（降低了的对励磁涌流的敏感度）与时间继电器相配合来跨过初始的峰值.
