变压器励磁涌流的分析与控制研究

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电力变压器是发电厂和变电站中的主要电气设备,它的安全运行与否直接关系到电力系统能否连续稳定地工作。随着电力容量及电压等级的增加,变压器造价愈趋昂贵,一旦因故障而遭到损坏,其检修难度大,检修时间长,经济损失也相当惨重。因此,寻求一个安全、可靠、灵敏的变压器保护方案,一直是国内外电力系统学者们研究的热点问题。电力系统中变压器保护存在非正确动作现象,其中励磁涌流是引起变压器差动保护误动的主要原因之一。因此,为避免保护误动,人们对励磁涌流的产生机理进行了长期研究,由此发展成了两个研究方向:励磁涌流发生时避免保护误动和抑制励磁涌流。实际应用证明这两种研究方向都有着自己的局限性,并不能很好的解决变压器保护误动问题。本文查阅、分析了国内外大量文献资料,并结合我国电网实际情况,对变压器励磁涌流的产生机理和抑制策略进行了系统深入的研究,提出了一种新的变压器励磁涌流抑制思想,并设计研制了相应的励磁涌流抑制装置。经实验和实际应用的效果表明本文所提出的研究思想和抑制策略是有效的。本文应用磁滞回线对交变磁场中磁性材料的交变磁化过程进行了分析。并以此为基础,研究分析了单相变压器空投时变压器铁芯中磁通的变化规律,得出了励磁涌流形成的原因机理,并提出了变压器空投的合闸角控制律。依据此规律,进行单相变压器、三相芯式电力变压器励磁涌流的抑制分析。本文以变压器投切时偏磁和剩磁相互抵消的思路为基础提出了差动保护中励磁涌流抑制的新算法(Inrush Eliminating Algorithm, IEA)。算法演算过程为基于Preisach原理建立变压器的磁滞模型,根据变压器上次的切出时间估算出剩磁的大小,进而计算出变压器的合闸角。为验证算法的有效性,本文基于H_TCPN方法建立了IEA的涌流抑制原理模型,进行MATLAB仿真研究,实验结果证明IEA通过控制合闸角能够有效地抑制变压器合闸时涌流的出现。为满足电力变压器工作现场复杂多变的电磁环境,使IEA算法更具有鲁棒性,本文在剩磁计算的理论算法基础上提出了一种基于模糊推理的合闸时间优化算法。此模糊推理是根据人类思维而形成的一种推理方法,充分考虑了人类认识事物的模糊性和逻辑性,因此该方法具有很强的鲁棒性和适应性。构建实用模型对提出的优化算法进行仿真研究,通过多种情况的仿真实验对比分析,证明了本文提出的基于模糊推理的合闸时间优化算法能够很好地确定合闸时间,从而提高了涌流抑制算法的鲁棒性和稳定性。基于变压器励磁涌流抑制原理与算法的理论推导与分析,本文根据变压器励磁涌流抑制器的设计思想,研制开发了变压器励磁涌流抑制器,使得对变压器涌流抑制的分析研究与新算法能够运用到实际电网,从而将学术研究实践化,将研究成果产业化。涌流抑制器在多家电厂进行了现场试验,以检验和证明本文所提出的变压器励磁涌流抑制思想的正确性以及本文所设计的变压器励磁涌流抑制器的有效性。文中以杭州江东富丽达热电厂5#变压器S10-40000/35,2#变压器S9-6300/10为例,分析了现场试验结果。通过对试验记录波形和结果的分析,表明本文研制的变压器励磁涌流抑制器确实能够有效抑制实际电网中的变压器空投时产生的励磁涌流。本文对变压器的铁芯磁学特性,铁芯剩磁,变压器励磁涌流的成因进行了系统深入地研究,提出了变压器励磁涌流抑制方案,并结合实际工况,对变压器合闸时间进行了优化计算。在理论推导的基础上,本文又进行了变压器励磁涌流抑制器的具体设计和研制,现场测试和应用受到了用户的好评,认为所取得的创新成果,对变压器励磁涌流的抑制进一步研究具有理论参考价值,更具有工程应用意义。
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