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一种用于变压器保护装置的仿真测试系统的研制

刘世民  
【摘要】: 本文对用于变压器保护装置的暂态仿真测试系统进行了研究,开发了以便携式继电保护暂态试验系统为硬件平台的变压器保护暂态仿真测试软件包,形成了一套变压器保护暂态仿真测试系统。该测试系统实现了变压器保护装置的暂态整组测试,对于全面检验变压器保护的性能具有很大的应用价值。 本文运用电力系统电磁暂态数值计算理论就电力系统应用较多的双绕组三相变压器组和三相三心柱变压器做了研究,利用变压器的几何参数及试验值构造变压器的电感矩阵,从而建立了变压器的非线性暂态模型。 该模型计及了绕组接线方式、相间耦合、铁心的非线性。作为变压器保护暂态仿真测试系统的核心,该模型能够模拟变压器正常运行、空载合闸、带载合闸、区内故障、区外故障、匝地短路等各种运行工况,形成对应波形数据。 由于变压器铁磁材料的作用,磁感应强度B和磁场强度H呈非线性关系,这也是变压器空载合闸时产生较大励磁涌流的主要原因。因此,对铁心材料磁化特性的准确描述,是建立精确的变压器励磁涌流模型的基础。 本文对铁心的基本磁化曲线采用了拟合的方法。在比较多项式、双曲线、指数函数等多种拟合函数的基础上,提出了分段拟合的方法,在不同的分段选用不同的拟合函数,采用最小二乘法进行拟合,较为准确地描述了铁心的基本磁化曲线。 变压器模型所需参数,不能全部由变压器铭牌和特性试验数据直接得到,如变压器绕组匝数、铁心截面和磁路长度等。本文根据变压器铭牌参数和变压器短路试验、空载试验数据,并应用相关经验公式,计算出了所有变压器模型所需参数。 本文所研究的变压器保护暂态仿真测试软件包根据用户所输入 WP=6 的变压器参数相关数据和试验条件,形成对应的仿真模型,然后解算该数学模型,产生仿真波形数据,将这些数据保存为符合IEEE标准的COMTRADE格式文件。大多数继电保护暂态试验系统支持这种文件格式。然后利用试验系统的故障回放功能,读入生成的COMTRADE文件,回放仿真波形,对变压器保护装置进行试验。 本文所研究的变压器模型,充分考虑了复杂性和精确度的统一,为以后模型下放到继电保护暂态试验系统的DSP,实现对变压器保护装置的实时、闭环测试打下了坚实的基础。 本试验系统所产生的仿真波形数据与EMTP数据结果吻合,验证了模型的正确性。同时所开发暂态测试软件包和继电保护暂态试验装置共同组成变压器保护测试系统,实现了对变压器保护的整组测试。


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