GIC作用时分析和计算电力变压器特性的一种新方法-时域和频域法.pdfVIP

GIC作用时分析和计算电力变压器特性的一种新方法一时域 和频域法。 、 薛向党郭晖 郑云祥吉崇庆尤一鸣’ 天津大学电气自动化与能源工程学院，天津300072 ●天津纺织工学院自动化系。天津300160 ■耍：本立提出了在地蠢盛唐电嚣(Gc饵叼—呻hb∞^cIr_t)作用时-分析和计算电力壹压■特性的一种新方法·作着 将时簟中变压■的等效麓路法同曩簟中变压嚣的善效电路法巧妙地结音在一起，庸功地用于分析和计算G[C作用时三相电力变 压■的特性．文中培出了非线性横堑和求鼻愿理．仿真和实验结果的比较珏明了本立的方法量正确的． 关■司，地■岳应电藏(GIC)，变压量．时壤．攮壤． 1 引言 由地磁暴在电力系统中引起的GIC，对电力系统的正常运行会带来十分有害的影响。近 年来，国外对GIC的研究越来越受到重视【lH61，而国内对GIC的研究几乎是空白．GIC为 准直流电流，它对电力系统的作用主要是通过电力变压器表现出来的．由于GIC的峰值比电 力变压器的空载电流要大很多倍(GIC的峰值可达200A)．因此GIC漉入电力变压器后会 使其铁芯半周期高度饱和．这将给电力变压器及电力系统其它设备的正常安全运行带来一系 列有害影响。可以看出，研究能够分析和计算GIC影响的有效方法是十分必要的。 考虑到GIC的存在时，变压器中既有交流电作用，又有直流电作用。在这种情况下，使 用分析和计算变压器特性的传统方法和等效模型是不正确的。而且一些参数已发生变化，如 铁芯磁阻随饱和度非线性变化。铗芯相对导磁率大大减小，漏鞋路不能忽略，激磁电抗和等 效铁耗电阻随饱和度非线性变化等． 目前研究GIC影响的方法主要表现在以下两方面：(1)采用实验(实测)的分析方法 【11【2116】。fll和【2l通过在电力系统上运行的电力变压器实测出GIC的大小，然后定性地分析 CIC对电力变压器及电力系统的有害影响．嘲是通过预先埋置在试验变压器中的传感元件， 当试验变压器进行GIC模拟实验时，检浏出变压器的电流等物理量。(2)采用电磁场三维 有限元分析和计算方法DIDIDI。p1和【4】通过对单相变压器三维电磁场的分析和计算，得到 非线性变化的激磁电感和铁耗电阻，然后通过等效电路计算磁化电流和铁耗电流．【5】是通过 对单相变压器准三维磁场的分析，建立了饱和的磁路模型，然后计算出磁化电流． 本文提出的研究方法不同于上述的方法【lⅡ2IDIl41DI[6]，它是从“路”的角度出发，将 时域的等效磁路法与频域的等效电路法相结合，形成的时域——频域法成功地应用于研究 GlC对电力变压嚣特性的影响。本文这种方法不仅能够研究单相变压器的有关特性，而且还 可以研究三相变压嚣的有关特性。该方法的基本思路是：将变压嚣的等效磁路(时域)与等 效电路(频域)联立组成一个模型，时域中电流为实际电流波形。频域中交流电流为等效正 弦波电流，根据模型中有关参数与变压器铁芯饱和度的非线性变化关系；采用逐步迭代计算 和修正的逼近方法，直至计算结果满足计算精度的要求．可得到变压器的电流、感应电势和 负载电压的实际波形。 本文给出了非线性模型，叙述了时域一频域法的原理和求解方法。仿真和实验的结果 表明，本文提出的方法是正确的。本方法具有物理概念清楚、倚侄、易于理解的特点，是分 ●本文由国家自然科学基金项目(596／7004)蛊助 ·543· 析和计算GIc影响的行之有效方法。 2 非线性模型 本文建立的计算模型包含两个部分，即等效磁路模型和等效电路模型，前者属于时域， 后者属于频域。以下的分析中均以三相心式变压器为例。 2．1非线性磁路模型 我们进行如下假设： (1)三相变压器完全对称。 (2)三乏相等效漏磁阻相等。 ●．| ●一 ●lc (a)三相铁芯磁路模型 (b)三相漏磁路模型 图1 三相心式变压器等效硅l等模型 根据三相心式变压器的结构和工作原理建立的等效磁路模型如图1所示。其中图l(a) 为A、B、C三相铁芯磁路的等效模型，图l(b)为A、B、C三