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500 kV变压器空载合闸励磁涌流仿真分析
Analysis on Energizing Inrush Current of No-Load Transformer in 500 kV
DOI: 10.12677/SG.2020.106032, PDF, HTML, XML, 下载: 289  浏览: 1,417

Abstract: The 500 kV transformer is an important electrical equipment connecting two or even three different voltage levels. When the no-load transformer is closed, the transient voltage increases rapidly which may cause the saturation of the transformer core and cause severe inrush current. At the same time, the 500 kV transformer has a large capacity and the magnetizing inrush current decays slowly. This paper takes a 500 kV transformer which is newly built in Tongliang as an example, and a typical transformer UMEC model suitable for practical engineering is established. Through simulation and calculation of PSCAD/EMTDC, the effects of closing circuit breakers, capacitive voltage transformers, and transformer excitation characteristics on the inrush current are analyzed when the no-load 500 kV transformer is closed; meanwhile, measures are proposed to effectively suppress inrush current.

1. 引言

500 kV电网是我国最重要的电力输送系统，承担着将发电基地发出的强大功率输送至远方枢纽变电站的任务。500 kV变电站中通常设置两台主变。新建变电站或主变检修后，总会涉及主变空载并网的操作，即合闸空载变压器属于变电站的一种例行操作方式。

2. 变压器励磁涌流机理分析

Figure 1. Equivalent circuit diagram of 500 kV transformer no-load closing

${u}_{s}={U}_{sm}\mathrm{sin}\left(\omega t+\theta \right)=Ri+N\frac{\text{d}\varphi }{\text{d}t}$ (1)

$\varphi ={\varphi }_{m}\mathrm{cos}\left(\omega t+\theta \right)+\left({\varphi }_{m}\mathrm{cos}+{\varphi }_{r}\right){\text{e}}^{\left(-t/\tau \right)}$ (2)

Figure 2. Transformer core magnetization curve

3. 500 kV变压器空载合闸系统建模

3.1. 500 kV变电站简介

Figure 3. Characteristic curve of transformer excitation

Table 1. Basic parameters of converter transformer

Figure 4. Excitation characteristic curve provided by manufacturer

3.2. 500 kV变压器仿真建模

UMEC模型为计及变压器铁心磁饱和特性的变压器模型，该模型采用完全插值法，利用分断线性化的励磁特性曲线来表征变压器的磁饱和特性，能够对各种铁心结构进行建模 [10]。

Figure 5. UMEC excitation characteristic curve

Table 2. Comparison of UMEC model and actual transformer excitation characteristics

3.3. 变电站系统建模

4. 励磁涌流特性仿真分析

4.1. CVT主电容值对励磁涌流的影响

4.2. 断路器并联均压电容值对励磁涌流的影响

Figure 6. Peak value of magnetizing inrush current under different CCVT

(a) Cs = 1000 pF (b) Cs = 2000 pF (c) Cs = 5000 pF (d) Cs =10,000 pF

Figure 7. Simulation waveform of magnetizing inrush current under different CS

4.3. 励磁特性曲线拐点的影响

Table 3. Peak magnetizing inrush current under different inflection point voltage

4.4. 变压器励磁涌流的抑制措施

1) 适当减小CVT主电容的值可以降低励磁涌流峰值，但是当CVT电容值过大时，励磁涌流峰值变化不明显。

2) 减小断路器断口均压电容数值，可以有效抑制励磁涌流的发生。将断路器断口均压电容减小为500 pF 后，在前述仿真条件下几乎不会出现励磁涌流。

3) 改变变压器励磁特性，提高铁芯饱和电压数值，即通过提高图2中变压器励磁特性曲线的饱和点的高度，使变压器饱和条件不易满足，变压器空载合闸时铁心未饱和或刚进入饱和阶段，励磁涌流峰值将会大大减小。

5. 结论

1) 500 kV变压器的额定电压高、额定容量大，变压器空载合闸时，铁心总磁通数值很大，使铁心进入饱和段，励磁电流迅速增大，形成励磁涌流。

2) 500 kV断路器断口并联电容值、CVT主电容值与变压器励磁特性拐点电压均会对励磁涌流峰值产生影响。基于上述影响因素的分析，提出相应的抑制励磁涌流的措施，如减小CVT主电容、减小断路器的断口电容到500 pF及以下、改变500 kV变压器励磁特性等，这些措施均能有效抑制励磁涌流的发生。

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