三相三柱变压器（Three-Phase Three-Limb Transformers）广泛应用于常规电力系统及新能源电力系统中,起到电能传送、计量保护、电气隔离等关键作用,是输变电环节最重要的设备之一。然而,由于变压器铁芯材料的非线性及多绕组复杂的耦合关系,系统中与变压器饱和相关的暂稳态事故频发。因此,需建立精准的三相三柱变压器电磁暂态模型,实现对变压器端口电气量的精准模拟,为系统安全运行及防护分析提供可靠数据。三相三柱变压器利用电磁感应原理实现电能的实时传送,内部铁芯与铁轭为各相磁通提供相互交链的主磁路,当铁芯饱和程度加深时,铁芯磁导率降低,励磁电感值迅速减小,流入绕组气隙中的磁通增加,导致磁通空间分布呈现不均匀性。变压器BCTRAN模型是目前主流电磁暂态仿真模型之一,具有强大的通用性及优异的扩展性,模型采用矩阵形式描述绕组间的耦合作用,当涉及变压器非线性问题的仿真研究时,常通过将励磁支路添加在靠近铁芯的绕组来模拟端口饱和非线性。然而,现有BCTRAN模型励磁支路的表征方法难以描述铁芯进入深度饱和状态时磁通空间分布的不均匀性,导致在模拟不同端口饱和特性时暂态响应误差激增。因此,本文以建立能够精准表征不同端口饱和特性的三相三柱变压器暂态模型为目标,基于变压器自互感矩阵原理,建立准确表征绕组间耦合特性的三相三柱变压器BCTRAN矩阵;基于电磁对偶原理,结合实际变压器物理磁路,通过各相铁芯非线性测试试验获取对应端口励磁支路未饱和段参数;基于经典变压器BCTRAN模型电气结构,提出适配三相三柱变压器深度饱和电感的测试方法及参数辨识方法,获取各相各端口具有磁化特性差异的励磁支路,进而建立考虑铁芯深度饱和特性的三相三柱变压器改进BCTRAN模型,实现对变压器不同端口饱和特性的准确表征。最后,在实验室搭建三相变压器试验平台进行空载试验及励磁涌流试验,同步在ATP-EMTP电磁暂态仿真软件中建立现有模型及改进模型,将现场试验结果与两种模型仿真结果对比分析;利用有限元仿真软件对多个变压器有限元模型进行励磁涌流试验仿真,将有限元结果与现有模型及改进模型仿真结果对比分析,验证本文改进BCTRAN模型的准确性与适用性。本文的主要研究工作及成果如下:①基于变压器自互感矩阵原理,推导得到任意绕组数量的三相三柱变压器BCTRAN矩阵构建方法;利用单一绕组序分量构建法,建立双绕组变压器的BCTRAN参数矩阵;利用绕组间序分量共轭对构建法,建立多绕组变压器BCTRAN矩阵;提出BCTRAN矩阵元素的试验测试方法及参数辨识方法。建立的三相变压器BCTRAN矩阵能够准确描述不同绕组间的耦合关系,为后续深度饱和电感参数测试提供模型基础。②基于经典三相BCTRAN模型电气结构,提出适配三相三柱变压器深度饱和电感的试验测量方法及参数辨识方法。利用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件,结合宽频谐波源,实现对不同连接方式,不同连接组号下变压器端口深度饱和电感测量方法的仿真验证;最后,在实验室搭建深度饱和电感试验平台,利用小信号交直流混合源作为激励,对一台真型三相三柱变压器各端口进行深度饱和试验,获取端口励磁支路深度饱和电感值,实现对铁芯磁通空间分布特性的差异化表征。③建立并验证三相三柱变压器改进BCTRAN模型的准确性及有效性。以真型300VA三相三柱变压器为研究对象,搭建参数测试平台并进行试验,在ATP-EMTP中建立变压器现有BCTRAN模型及改进BCTRAN模型,同步开展三相空载试验和三相励磁涌流试验,对比验证本文改进模型的准确性;借助有限元仿真软件分别开展22kVA三相双绕组变压器、12.5MVA风电场塔筒变及35kVA三相三绕组变压器有限元模型不同端口励磁涌流试验,并在ATP-EMTP中同步开展现有BCTRAN模型及改进BCTRAN模型的试验仿真,对比验证本文改进模型对大容量变压器和多绕组变压器的准确性及适用性。研究表明:本文提出的三相三柱变压器改进BCTRAN模型能够准确描述铁芯深度饱和时磁通空间分布的不均匀性,精准表征变压器不同端口饱和特性,为电力系统运行规划及防护分析提供可靠模型。