EMTP在变压器励磁电流仿真计算中的应用

摘要：利用电磁暂态程序（EMTP）对变压器在稳态和暂态情况下的励磁电流进行了仿真计算与分析。结果表明，使用EMTP对变压器的励磁电流进行仿真，所得的电流波形与理论波形相吻合。
　　关键词：变压器；电磁暂态；电磁暂态程序
　　电磁暂态程序（EMTP）是一用于电力系统的仿真程序。它可以对电力网络中所感兴趣的参数进行预测，特别是在电路受到某些扰动，如合闸或故障之类的扰动后的分析。EMTP正被广泛应用于电力行业。
　　本文主要研究常用接法下的双绕组三相变压器在稳态和暂态下的励磁电流。仿真结果表明，使用EMTP对变压器的励磁电流进行仿真，得出的电流波形与理论一致。
　　1理想变压器的仿真
　　1．1等效电路
EMTP中有双绕组理想变压器的模型，称为源18。由于EMTP不允许源18中有悬浮节点存在，所以在图1中所示的等效电路的副边上加入一个高阻值的支路。　　
图1理想变压器的等效电路
　　
　　1．2稳态仿真
　　开关在开始计时之前已合上，相应的电流波形如图2（a）所示。
　　1．3暂态仿真
　　开关在时间t＝0．001s时合上，相应的结果示于图2（b）。

　　
　　图2理想变压器的励磁电流
　　
　　1．4分析
　　在理想情况下，变压器的原、副边电压（电流）只与变压器的匝数比相关。即如果副边开路，相应的原个高阻值的电阻，所以仍能在原边得到一个很小的励磁电流。稳态和暂态下的励磁电流相同，其波形与等效电路中的电压源的波形一致，同为一正弦波。
　　2双绕组单相变压器的仿真
　　2．1等效电路
　　饱和双绕组单相变压器的等效电路图（副边开路）如图3。其中R1、L1为原边的漏抗值，R2、L2为副边的漏抗值。为了简化模型，考虑到铁损电流是磁化电流的10％左右，因此可忽略励磁电导。

　　
　　图3饱和双绕组单相变压器的等效电路
　　
　　2．2稳态仿真
　　开关在开始计时之前已合上，相应的电流波形如图4（a）所示。
　　2．3暂态仿真
　　开关在时间t＝0．001s时合上，相应的结果示于图4（b）。

　　
　　图4饱和双绕组单相变压器的励磁电流
　　
　　2．4分析
　　分别考虑电路参数、磁化特性和不同的合闸时间，以便更好地研究不同运行状态下的电流波形变化。当电阻R或R1变化时，暂态过程的阻尼系数也发生相应的改变。显然，这两个电阻越大，暂态过程就越短。暂态情况下的励磁电流的幅值也随着电阻值的改变发生变化。合闸时间是对励磁电流在暂态过程第一个周期内的幅值有重要影响的变量。对应不同合闸时间下的电流波形如图5所示。如果在电源电压过零时合闸，励磁电流直接进入稳态；如果在电源电压达到峰值时合闸，暂态过程第一个周期内的励磁电流的幅值将是所有情况下最大的。

　　
　　图5不同合闸时间下的涌流
　　
　　若考虑磁化特性，由图6显而易见，暂态过程下，由高饱和磁化特性得出的励磁电流的幅值大于由一般饱和磁化特性得出的励磁电流的幅值。同时，前者比后者衰减要快。
　　
图6不同磁化特性下的涌流
　　
　　3双绕组三相变压器的仿真
　　3．1等效电路
　　为了简化分析，使用了3个单相变压器组成双绕组三相变压器并假设三相的磁感相互独立。双绕组三相变压器有4种基本的连接方式，即Y－Y、△－Y、Y－△和△－△。在以下的分析中，保持这4种模型的参数不变，以便于比较。
　　3．2Y┐Y形变压器的仿真
　　Y－Y形双绕组三相变压器在稳态和暂态下的励磁电流的波形示于图7。
　　如果中性点接地，三相变压器电路可简化为3个平行的单相变压器电路，得到的励磁电流将和图4完全相同。如果中性点不接地，励磁电流将发生显著的变化。这主要是因为由铁芯饱和而产生的3次谐波电流在Y形接法中无法流通。

　　
图7Y┐Y形双绕组三相变压器的励磁电流
　　
　　3．3△┐Y形变压器的仿真
　　△－Y形双绕组三相变压器在稳态和暂态下的励磁电流的波形示于图8。

　　
　　图8△┐Y形双绕组三相变压器的励磁电流
　　
　　由于三次谐波电流可以在△形接法中流通，所以励磁电流的波形与单相变压器的波形相似，但暂态过程变短。
　　3．4Y┐△形变压器的仿真
　　Y－△形双绕组三相变压器在稳态和暂态下的励磁电流的波形示于图9。对Y－△形连接的变压器，稳态和暂态下的励磁电流不受中性点是否接地的影响。稳态下的励磁电流幅值较相应的单相模型下的电流幅值为小，但暂态持续时间长。
　　3．5△┐△形变压器的仿真况下，前者比后者衰减快且幅值相对较校
　　
图9Y┐△形双绕组三相变压器的励磁电流　　
　　 图10△┐△形双绕组三相变压器的励磁电流
　　
　　4结束语
　　对变压器进行精确仿真，对其设计和运行都有重要的作用。EMTP是在电力系统中被广泛使用的一个程序，通过使用EMTP，大多数电力的仿真问题都可以得到很好的解决。随着EMTP本身内部模型的发展，它必将更有作为。
　　我们仅对某一变压器在稳态和暂态下的励磁电流进行了分析，希望它对从事变压器研究的科研人员具有帮助。
　　
　　参考文献：
　　 ［1］AlternativeTransientsProgramRuleBook［Z］．LEUVENEMTPCENTER（LEC），1987
　　［2］FranklinAC，FranklinDP．变压器全书（电力变压器实用技术）［M］．机械工业出版社，1990
　　［3］沈阳变压器厂．变压器试验［M］．机械工业出版社，1975