勵磁涌流機理與計算

勵磁涌流機理與計算原理當變壓器合閘瞬時，施加電壓所對應(yīng)的鐵心磁通密度與實際鐵心磁通密度相同時，就不會發(fā)生任何瞬態(tài)過程。實際上瞬態(tài)現(xiàn)象是不可能避免的，因為開關(guān)合閘瞬間是不容易控制的，并且，開關(guān)合閘對某相有利時，對其他兩相則不利。當變壓器斷閘時，磁化電流變成零，由于磁滯環(huán)的原因，鐵心磁密不會為零而是有一定的剩磁BR存在。當在施加電壓過零時再合閘時，由于剩磁BR存在的，將產(chǎn)生最大勵磁涌流。如果沒有先前的斷閘（即不考慮剩磁BR）,那么勵磁電流與磁通密度如圖中的點劃線。根據(jù)磁鏈守恒定理，合閘后的磁通（0+）與合閘前的磁通相同（0-）。所以合閘后的磁能密度不是從最小的-BMP開始，而是從+BR開始，并且達到最大的正值（BR+2BMP,從而使變壓器很快到飽各區(qū)。Figure2.12Caseofmaximuminnishcurrent因為外施電壓是正弦的，則鐵心磁通也是正弦的，勵磁電流由于鐵心的非線性是尖鋒的。通過解下面的方程可以得到相同的結(jié)果：rsin(an七%R\十N}(2.30尸atwhcieV^=pedkvuluuuitheappliedvuhagtWangleatwhichvoltageisswitchedon7M=inslJiUaneousvalueofmagneli^ingcuncnt^u—instantiin^ousv^lue<4IIiikaljnylunefR產(chǎn)prhnnijwindingresisLaiice何二primarywindingturns上面方程式的解是在假設(shè)鐵心是線性的條件下得到。磁鏈和電流的關(guān)系為?式中L、式中L、式中L、次線圈的自感°利用初始條件式中L、次線圈的自感°利用初始條件(Z31)也(Z31)上式可以看出當日=0，剩磁〒0F時，磁通如下圖。上式及圖形表明，磁通含有一個暫態(tài)的從上圖可以清楚的看到在初始的幾個周波里，電流明顯偏離交流周期波，因此勵磁涌流是非常仇=(%cwF±$)嚴-%3￡(上式可以看出當日=0，剩磁〒0F時，磁通如下圖。上式及圖形表明，磁通含有一個暫態(tài)的從上圖可以清楚的看到在初始的幾個周波里，電流明顯偏離交流周期波，因此勵磁涌流是非常另外時間常數(shù)L1/R1不是恒定，其取決鐵心的飽和程度，在初始的幾個周波內(nèi)，鐵心飽和程度高,L1就小，勵磁涌流下降的速度就快，由于電路損耗及鐵心飽和程度降低，勵磁涌流就衰減的慢?一般小容量變壓器衰減速速度大于大容量變壓器，此外高損耗變壓器的衰減速度也快.[26].公式是在假設(shè)鐵心是線性條件下得到的，所以其結(jié)果只能是一個大概值，更精確的計算單相變壓器勵磁涌流的計算方法可以參考[27,28]，該方法考慮了變壓器鐵心的非線性?對三相變壓器的勵磁涌流的估算可以參考[29,30,31].對單相及三相在諧波領(lǐng)域的計算方法可以參考[32].變壓器的勵磁涌流及過電壓在高壓直流輸電系統(tǒng)中HVDC的分析可參考[33]二.勵磁涌流最大值估算變壓器用戶通常關(guān)心勵磁涌流的最大值和衰減速度，通常鐵心材料的最大飽和磁通密度為，那么鐵心的可以容納的磁通為（工（）3曲』,其它的磁通將跑出鐵心，在外面的空氣是流通.考慮最極端的情況札卄二他丹心=20叩+-2.03&是繞組所包圍的平均面積，即平均半徑的面積Ikheightcanbecalculinedlorasin^lc-pliasc(ransimncrfromthefollowjugivii(HisHckliulensity｝【憐(2J3)…=九H二（2妙呷十叭-2小兒"悴」2出呼+戈-23）￡饑…j如九山—~=—旳九可'（2.34）三相變壓器的勵磁涌流計算需要更多的考慮，下面分析以下三種情況：1）原邊繞組為三角形接法，每相是單獨連接到電網(wǎng)，并且勵磁涌流發(fā)生時的磁通與單相變壓器一致時，那么該相的勵磁涌流大小也相同?但考慮到線電流時，就沒有那么嚴重了通常,線電流是相電流的J3倍,在勵磁涌流時，只有一相才能達到最大值,其它兩相可以忽略所以三相變壓器線電流的勵磁涌流是單相勵磁涌流的了？倍.2）對由三個單相變壓器組成的三相變壓器，一次側(cè)為星形接法，二次側(cè)為三角接，那么其最Figure2J5IjirudiliiY-dclbibatikof(nmsformers對三相三柱變壓器，三相的磁路是相通的，可以看做三個獨立的單相變壓器參考[17,29],在Figure2J5IjirudiliiY-dclbibatikof(nmsformers勵磁瞬態(tài)下?因此對一次側(cè)為星形接的，勵磁涌流與2)相同，不管其二次側(cè)是星接還是角接?三.衰減形式估算公式給出了勵磁電流可能的最大值，運行工程師可能更關(guān)心勵磁電流衰減速到一定值的時間，估算方法參考[34,35]舉例計算勵磁涌流在5個周波里的最大值，變壓器容量，132/33KV，50HZ，Yd1在高壓側(cè)通電，高壓匝數(shù)920，平均直徑980mm，高度1250mm，最大磁密為，鐵心凈截面積極性平米，系統(tǒng)及繞組的阻抗是歐姆.解答:假設(shè)變壓器在電壓過零時通電，剩余磁通與初始磁通變化方向一致，這樣就可能產(chǎn)生最大勵磁涌流?當鐵心飽和，勵磁涌流將通過空氣電抗來限制XS可以通過下式來計算.步驟1X”三融厶斗2乂托*f(235)N=numberofrumsofexcitedwinding=920turnsAw-areainsidethemeanturnofexcitedwinding=^(meandiameter)^4--(0.980卩_0J54m24hw—Heightofenergizedwinding—1,25m4兀單0?x920乜4兀單0?x920乜0.了544兀單0?x920乜0.4兀單0?x920乜0.了541.25x2x^x5O=202ohmsNowangle0iscakuhted|?4],whichcorresspondstotheinstantatwhichthecoresaturates.(236)where^saturaLionfluxdensity=2.O3Tesla/?rf￥=pcnkvaluenfdesignedstcady-stiitefluxdensityinlhecorc=1.7T2?尸refillutillluxdciisity=4).81.36T(Borcoldrolledmaterial,maximumresidualfluxdensityisusuallytakenasllieratedpctikfluxdensity,whereastorhoirolledmalerialitcanheLikcjias60%oftheratedpeakfluxdensity)correctionfactorforsaturationangle=0.9"OXE匹斗嚴卜"OXE匹斗嚴卜2.0罰沁"OXE匹斗嚴卜"OXE匹斗嚴卜2.0罰沁步驟3IheiimishcurrentpeaktortheGixicycleiscalculaiedas|SrnaxSrnaxSrnax(2.37)whereV=ijn,s.\alucofappliedaltemalingvoltageAi^correcticnfactorforthe[xakvalue=]J?Srnaxnuxl?15x(132QOO/V3)>nuxl?15x(132QOO/V3)>/2202(I-cos2.0)=869amperes由公式計算結(jié)果與上面的結(jié)果很相近=861=861amperes^=861amperes^(2X1.7736-2㈣呻2XL254^xlO-7x0754x920步驟4=861amperes^當獲得第1個周波的勵磁電流最大值，那么就可以計算出第1個周波后鐵心的剩余磁通，該值是衰減的，由于線路損耗及變壓器損耗?可以按參考［34］計算KR(2.38)6(回"f(MM)-嘰pX」一[2(sine-ecosfl)]

兀(2.38)whert1/?=snmofIranslorinerwirnlin^rv^islanecundsyslcmresist：incc二().9oilX，3=c0rn:cti0tifactorfor(liedecayofiniush=2.26Br{new)=1.36-1,7x22g^09ksin2?0一2￡cos20]?1.3T重復步驟2,3,4,就可以計算出5個周波的勵磁電流的最大值分別是7弘，由于繞組連接是Ydi,實際線電流的勵磁涌流是單相