EMTP在變壓器勵磁電流仿真計算中的應用

摘要：利用電磁暫態程序（EMTP）對變壓器在穩態和暫態情況下的勵磁電流進行了仿真計算與分析。結果表明，使用EMTP對變壓器的勵磁電流進行仿真，所得的電流波形與理論波形相吻合。
　　關鍵詞：變壓器；電磁暫態；電磁暫態程序
　　電磁暫態程序（EMTP）是一用于電力系統的仿真程序。它可以對電力網絡中所感興趣的參數進行預測，特別是在電路受到某些擾動，如合閘或故障之類的擾動后的分析。EMTP正被廣泛應用于電力行業。
　　本文主要研究常用接法下的雙繞組三相變壓器在穩態和暫態下的勵磁電流。仿真結果表明，使用EMTP對變壓器的勵磁電流進行仿真，得出的電流波形與理論一致。
　　1理想變壓器的仿真
　　1．1等效電路
EMTP中有雙繞組理想變壓器的模型，稱為源18。由于EMTP不允許源18中有懸浮節點存在，所以在圖1中所示的等效電路的副邊上加入一個高阻值的支路。　　
圖1理想變壓器的等效電路
　　
　　1．2穩態仿真
　　開關在開始計時之前已合上，相應的電流波形如圖2（a）所示。
　　1．3暫態仿真
　　開關在時間t＝0．001s時合上，相應的結果示于圖2（b）。

　　
　　圖2理想變壓器的勵磁電流
　　
　　1．4分析
　　在理想情況下，變壓器的原、副邊電壓（電流）只與變壓器的匝數比相關。即如果副邊開路，相應的原個高阻值的電阻，所以仍能在原邊得到一個很小的勵磁電流。穩態和暫態下的勵磁電流相同，其波形與等效電路中的電壓源的波形一致，同為一正弦波。
　　2雙繞組單相變壓器的仿真
　　2．1等效電路
　　飽和雙繞組單相變壓器的等效電路圖（副邊開路）如圖3。其中R1、L1為原邊的漏抗值，R2、L2為副邊的漏抗值。為了簡化模型，考慮到鐵損電流是磁化電流的10％左右，因此可忽略勵磁電導。

　　
　　圖3飽和雙繞組單相變壓器的等效電路
　　
　　2．2穩態仿真
　　開關在開始計時之前已合上，相應的電流波形如圖4（a）所示。
　　2．3暫態仿真
　　開關在時間t＝0．001s時合上，相應的結果示于圖4（b）。

　　
　　圖4飽和雙繞組單相變壓器的勵磁電流
　　
　　2．4分析
　　分別考慮電路參數、磁化特性和不同的合閘時間，以便更好地研究不同運行狀態下的電流波形變化。當電阻R或R1變化時，暫態過程的阻尼系數也發生相應的改變。顯然，這兩個電阻越大，暫態過程就越短。暫態情況下的勵磁電流的幅值也隨著電阻值的改變發生變化。合閘時間是對勵磁電流在暫態過程第一個周期內的幅值有重要影響的變量。對應不同合閘時間下的電流波形如圖5所示。如果在電源電壓過零時合閘，勵磁電流直接進入穩態；如果在電源電壓達到峰值時合閘，暫態過程第一個周期內的勵磁電流的幅值將是所有情況下最大的。

　　
　　圖5不同合閘時間下的涌流
　　
　　若考慮磁化特性，由圖6顯而易見，暫態過程下，由高飽和磁化特性得出的勵磁電流的幅值大于由一般飽和磁化特性得出的勵磁電流的幅值。同時，前者比后者衰減要快。
　　
圖6不同磁化特性下的涌流
　　
　　3雙繞組三相變壓器的仿真
　　3．1等效電路
　　為了簡化分析，使用了3個單相變壓器組成雙繞組三相變壓器并假設三相的磁感相互獨立。雙繞組三相變壓器有4種基本的連接方式，即Y－Y、△－Y、Y－△和△－△。在以下的分析中，保持這4種模型的參數不變，以便于比較。
　　3．2Y┐Y形變壓器的仿真
　　Y－Y形雙繞組三相變壓器在穩態和暫態下的勵磁電流的波形示于圖7。
　　如果中性點接地，三相變壓器電路可簡化為3個平行的單相變壓器電路，得到的勵磁電流將和圖4完全相同。如果中性點不接地，勵磁電流將發生顯著的變化。這主要是因為由鐵芯飽和而產生的3次諧波電流在Y形接法中無法流通。

　　
圖7Y┐Y形雙繞組三相變壓器的勵磁電流
　　
　　3．3△┐Y形變壓器的仿真
　　△－Y形雙繞組三相變壓器在穩態和暫態下的勵磁電流的波形示于圖8。

　　
　　圖8△┐Y形雙繞組三相變壓器的勵磁電流
　　
　　由于三次諧波電流可以在△形接法中流通，所以勵磁電流的波形與單相變壓器的波形相似，但暫態過程變短。
　　3．4Y┐△形變壓器的仿真
　　Y－△形雙繞組三相變壓器在穩態和暫態下的勵磁電流的波形示于圖9。對Y－△形連接的變壓器，穩態和暫態下的勵磁電流不受中性點是否接地的影響。穩態下的勵磁電流幅值較相應的單相模型下的電流幅值為小，但暫態持續時間長。
　　3．5△┐△形變壓器的仿真況下，前者比后者衰減快且幅值相對較校
　　
圖9Y┐△形雙繞組三相變壓器的勵磁電流　　
　　 圖10△┐△形雙繞組三相變壓器的勵磁電流
　　
　　4結束語
　　對變壓器進行精確仿真，對其設計和運行都有重要的作用。EMTP是在電力系統中被廣泛使用的一個程序，通過使用EMTP，大多數電力的仿真問題都可以得到很好的解決。隨著EMTP本身內部模型的發展，它必將更有作為。
　　我們僅對某一變壓器在穩態和暫態下的勵磁電流進行了分析，希望它對從事變壓器研究的科研人員具有幫助。
　　
　　參考文獻：
　　 ［1］AlternativeTransientsProgramRuleBook［Z］．LEUVENEMTPCENTER（LEC），1987
　　［2］FranklinAC，FranklinDP．變壓器全書（電力變壓器實用技術）［M］．機械工業出版社，1990
　　［3］沈陽變壓器廠．變壓器試驗［M］．機械工業出版社，1975