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空载变压器选相关合技术研究

作　者: 黄金
导　师: 方春恩
学　校: 西华大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 空载变压器选相关合励磁涌流剩磁暂态恢复电压
分类号: TM406
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着我国电力经济的飞速发展,电力系统网络的逐渐增大,使投入使用的变压器数量逐渐增多,操作也越来越频繁。空载合闸作为变压器最常见的操作之一,随着操作次数的增多,其暂态过程也将给电力系统带来越来越严重的影响。变压器是一种基于电磁感应原理的电力设备,运行时需要通过一定的励磁电流来建立磁场,进行电磁能量转换。在正常情况下,变压器运行在磁化曲线的线性段,磁通未饱和,励磁电流很小。而在进行空载合闸时,由于铁芯内剩磁的不确定性、叠加性和合闸相角的随机性影响,很容易使磁通进入饱和区,从而产生幅值很大、谐波含量丰富的励磁涌流。励磁涌流可能导致继电保护装置误动作,电网电压骤降,并对电力系统造成巨大的冲击,引起系统过电压,损坏设备的绝缘。另外,涌流波形有间断角并且含有丰富的高次谐波(主要是二次和三次谐波)和直流分量,污染了整个系统网络,降低了供电质量。生活水平的提高使人们越来越注重高质量、可靠稳定的电能供应,对于励磁涌流给电力系统造成的种种危害,以往人们致力于用物理或数学的方法针对励磁涌流的特征进行识别,以期对励磁涌流加以躲避;或采用复杂昂贵的辅助设备,比如预插电阻法、并联电容法;或在变压器本体上优化设计,比如虚拟气隙法、改变变压器绕组分布法。但传统消除方法存在着诸多应用缺陷。选相关合技术是上世纪70年代提出的一种考虑变压器剩磁效应的合闸控制策略,其实质是通过实测变压器铁芯剩磁,以预感应磁通和剩磁相等时刻为特定相位,控制断路器的触头在参考信号(电压信号)的特定相位处合闸,以缩短变压器空载投入电网的暂态过程,消除励磁涌流。本文在研究变压器空载分、合闸的暂态过程及励磁涌流产生机理的基础上,探讨了考虑变压器铁芯剩磁效应的选相关合策略基本原理;并利用ATP/EMTP建立变压器空载合闸的系统模型,实现了与Mat lab动态联合仿真验证;最后构建了一个基于DSP原理的硬件系统,用来实现剩磁的测量与最佳关合时刻的计算。论文的主要工作如下:1、具体研究了励磁涌流的产生机理、大小及危害,变压器空载合闸暂态过程中的铁芯磁通变化情况,选相关合策略的原理及应用。2、利用变压器空载试验和短路试验得到的数据在ATP/EMTP中建立了变压器空载关合的系统模型,其中主要研究了变压器磁化曲线的转换和仿真计算结果。3、研究了ATP/EMTP程序与Mat lab的动态链接。即利用Mat lab编程实现了对ATP文件的参数修改,实现了剩磁的测量算法,达到了对ATP/EMTP程序的灵活、多样化控制。4、在断路器开断空载变压器暂态过程的基础上,研究了剩磁测量的原理,以及暂态恢复电压对剩磁测量的影响。还着重研究了剩磁测量偏差对励磁涌流和选相关合技术的影响以及断路器动作时间分散性对励磁涌流的影响。5、基于TMS320F2812搭建了一个DSP最小系统,包括外围电路的设计,最后实现了剩磁的测量和最佳关合时刻的计算。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
绪论  11-19
  1.1 概述  11-13
  1.2 国内外发展现状及应用前景  13-17
    1.2.1 国外的发展现状  13-15
    1.2.2 国内的发展现状  15-17
    1.2.3 目前存在的不足  17
  1.3 本文的主要研究内容  17-19
2 空载变压器的选相关合原理  19-32
  2.1 变压器的空载合闸涌流  19-23
    2.1.1 励磁涌流的产生机理  19-20
    2.1.2 励磁涌流的大小  20-21
    2.1.3 励磁涌流的特点及影响因素  21-22
    2.1.4 励磁涌流的危害  22
    2.1.5 抑制励磁涌流的方法  22-23
  2.2 变压器空载合闸的暂态分析  23-26
    2.2.1 合闸时刻的铁芯磁通  23-25
    2.2.2 最佳关合时刻的理论分析  25-26
  2.3 应用选相关合技术投切空载变压器  26-32
    2.3.1 选相关合技术的基本原理  26-28
    2.3.2 剩磁为零时的选相关合研究  28-29
    2.3.3 考虑剩磁效应的选相关合研究  29-32
3 采用选相关合技术的空载变压器仿真分析  32-52
  3.1 ATP/EMTP 简介  32-33
  3.2 基于ATP/EMTP 的系统模型  33-39
    3.2.1 变压器模型  33-34
    3.2.2 变压器空载实验  34-35
    3.2.3 变压器磁化特性曲线的转换  35-37
    3.2.4 电源和断路器模型  37-38
    3.2.5 系统模型的建立  38-39
  3.3 ATP/EMTP 与 Matlab 的动态链接  39-41
  3.4 单相变压器空载关合的仿真分析  41-44
  3.5 三相变压器空载关合的仿真分析  44-49
    3.5.1 不同剩磁状态下的选相关合  44-46
    3.5.2 不同相位角的选相关合  46-49
  3.6 选相关合空载变压器的影响因素  49-52
4 剩磁的测量算法  52-62
  4.1 断路器开断时的暂态过程  52-56
    4.1.1 开断空载变压器的过电压  52-54
    4.1.2 影响过电压的因素  54-55
    4.1.3 暂态恢复电压的起源  55-56
    4.1.4 暂态恢复电压对剩磁的影响  56
  4.2 剩磁测量的原理  56-58
  4.3 剩磁的仿真  58-62
    4.3.1 断路器开断时间的计算  58-59
    4.3.2 剩磁的ATP/EMTP 仿真测量  59-62
5 基于DSP 的选相关合系统硬件结构设计  62-80
  5.1 信号采集模块  63-72
    5.1.1 信号调理模块  63-67
    5.1.2 模-数转换模块  67-72
  5.2 DSP 控制模块  72-80
    5.2.1 TMS320F2812 的特点与性能  73-74
    5.2.2 最小系统外围电路设计  74-77
    5.2.3 数据的处理  77-80
总结  80-82
参考文献  82-86
攻读硕士学位期间发表的学术论文  86-87
致谢  87-88

空载变压器选相关合技术研究

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