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电力变压器内部故障数字仿真及其保护新原理的研究

作　者: 徐岩
导　师: 杨奇逊；王增平
学　校: 华北电力大学（河北）
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 电力变压器励磁涌流内部故障继电保护仿真模型线性模型非线性模型有限元分析模糊识别隶属函数
分类号: TM41
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

随着电力工业的发展和大容量、超高压大型电力变压器的不断投入使用,对大中型电力变压器保护的安全性、可靠性、灵敏性、选择性和快速性提出了更高的要求。在变压器差动保护中,如何区分励磁涌流与内部故障电流是一个先天性的、不可回避的难题,多年来一直成为研究的热点,而且现有的变压器保护原理也都存在一定的缺陷,其主要原因在于对变压器内部故障的机理认识不够。因此,大力开展变压器内部故障仿真研究是十分必要的,它对于完善变压器绕组内部故障的分析与计算,提高大中型电力变压器的继电保护水平,减少重大事故的发生,开发研制新一代继电保护装置等都具有十分重要的理论意义和实用价值。本论文围绕电力变压器内部故障仿真分析方法及其保护新原理的研究展开工作。全文共分八章。第一章主要阐述了开展本课题研究工作的目的和意义,对当前国内外相关方面的研究作了较为全面的总结,提出了本论文的研究内容。第二章详细论述了变压器内部故障仿真线性模型的相关原理,并细致说明了线性仿真模型参数的计算过程,提出了从磁路计算变压器模型参数的方法。考虑到大型变压器中线圈分布的不均匀性,提出了计算仿真模型参数的改进方法,为详细分析变压器内部故障奠定了基础。第三章将变压器铁芯的非线性特性包括在仿真模型中,利用仿真软件中的有限元分析法计算等值电路参数,并根据这些参数建立变压器内部故障的仿真试验电路模型和测量变压器的各种电气量,这种非线性模型比线性模型更加准确。第四章介绍了“变压器内部故障仿真试验系统”软件,该系统可以方便地模拟变压器内部故障、励磁涌流等其它运行工况,并能够给出故障后变压器各电气量的计算值,可以广泛应用于电力变压器的内部故障分析和保护研究的场合,大大方便了继电保护工作者。第五章根据变压器的原始正常模型,推导出了基于变压器模型的保护原理动作方程,并提出了保护方案。该变压器保护方案不受励磁涌流的影响,而且无需精确取得变压器的内部参数,实施简单,仿真和动模试验结果证明了该原理的可行性。第六章研究了两种鉴别变压器励磁涌流的新方法。第一种是基于电压与电流微分比值原理的励磁涌流鉴别方法,第二种是基于基波分量衰减的励磁涌流鉴别方法。通过对仿真试验和动模试验数据验证了这两种鉴别方法的可行性。第七章将模糊理论引入变压器保护中,将前两章中研究的变压器保护新原理应用到模糊判据中,发挥它们对区分励磁涌流和变压器轻微匝间故障电流的良好能力。对每种判据给出了其隶属函数,制定出了基于模糊识别原理的新型变压器保护总体方案。第八章是全文的总结。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-26
  1.1 课题的背景及意义  10-12
  1.2 变压器仿真模型的研究现状  12-16
    1.2.1 正常时变压器的仿真模型  12-14
    1.2.2 内部故障时变压器的仿真模型  14-16
    1.2.3 变压器内部故障仿真模型存在的问题  16
  1.3 电力变压器保护技术的研究现状  16-24
    1.3.1 仅利用电流量的变压器保护技术  16-19
    1.3.2 仅利用电压量的变压器保护技术  19-20
    1.3.3 同时利用电流和电压量的变压器保护技术  20-21
    1.3.4 小波分析理论在变压器保护中的应用  21-22
    1.3.5 智能技术在变压器保护中的应用  22-24
    1.3.6 变压器保护中存在的问题  24
  1.4 本论文的主要内容  24-26
第二章变压器内部故障仿真的线性模型与分析  26-50
  2.1 前言  26
  2.2 仿真模型中的主要变量、符号及下标定义  26-27
  2.3 变压器内部故障仿真的线性模型  27-41
    2.3.1 仿真软件简介  27
    2.3.2 变压器仿真的数学模型  27-30
    2.3.3 正常变压器模型参数的计算  30-36
    2.3.4 故障变压器模型参数的计算  36-39
    2.3.5 漏磁因子的确定  39-41
  2.4 线性模型参数计算方法的改进  41-42
  2.5 变压器线性模型仿真结果验证及分析  42-49
    2.5.1 动模试验系统简介  43-44
    2.5.2 仿真试验数据与动模试验数据的比较  44-49
  2.6 小结  49-50
第三章变压器内部故障仿真的非线性模型与分析  50-63
  3.1 前言  50
  3.2 仿真模型中的主要变量、符号及下标定义  50-51
  3.3 变压器内部故障仿真的非线性模型  51-57
    3.3.1 仿真软件简介  51
    3.3.2 有限元分析原理  51-54
    3.3.3 正常变压器的非线性模型  54-56
    3.3.4 故障变压器的非线性模型  56-57
  3.4 变压器非线性模型仿真结果验证及分析  57-62
  3.5 小结  62-63
第四章变压器内部故障仿真试验系统  63-68
  4.1 前言  63
  4.2 系统的结构、界面和运行环境  63-65
    4.2.1 系统结构  63-64
    4.2.2 系统界面  64-65
    4.2.3 系统运行环境  65
  4.3 系统的功能和主要特点  65-66
    4.3.1 系统功能  65
    4.3.2 系统的主要特点  65-66
  4.4 仿真试验系统的应用  66-67
  4.5 小结  67-68
第五章基于变压器模型的变压器保护方案研究  68-79
  5.1 前言  68-69
  5.2 基本原理  69
  5.3 动作方程的推导  69-74
    5.3.1 两绕组三相变压器的动作方程  69-71
    5.3.2 三绕组三相变压器的动作方程  71-74
  5.4 保护方案  74-75
  5.5 保护方案的仿真分析  75-76
  5.6 保护方案的动模试验验证  76-77
  5.7 几点问题的讨论  77-78
  5.8 小结  78-79
第六章变压器励磁涌流鉴别新方法的研究  79-93
  6.1 前言  79
  6.2 基于电压与电流微分比值原理的励磁涌流鉴别方案  79-88
    6.2.1 磁通特性原理及其不足  79-81
    6.2.2 电压与电流微分比值原理  81-82
    6.2.3 保护方案的仿真试验分析  82-84
    6.2.4 保护方案的动模试验验证  84-86
    6.2.5 几点问题的讨论  86-88
  6.3 基于基波分量衰减的励磁涌流鉴别方法  88-91
    6.3.1 基本原理  88-89
    6.3.2 方案验证  89-91
  6.4 小结  91-93
第七章基于模糊识别原理的变压器保护的研究  93-107
  7.1 前言  93-94
  7.2 模糊理论简介  94-98
    7.2.1 模糊集合和隶属函数  94
    7.2.2 模糊集合的基本运算  94-96
    7.2.3 模糊测度和模糊积分理论  96
    7.2.4 综合评判  96-98
  7.3 励磁涌流模糊识别方案  98-102
    7.3.1 识别励磁涌流的方法  98-99
    7.3.2 判据介绍及隶属函数的选取  99-102
  7.4 新型变压器主保护方案的实现  102-106
    7.4.1 保护硬件平台的特点  102-104
    7.4.2 保护软件的特点  104-106
  7.5 小结  106-107
第八章结论  107-109
  8.1 本文取得的主要研究成果和结论  107
  8.2 需要进一步研究的问题  107-109
参考文献  109-119
致谢  119-120
附录仿真试验系统软件界面  120-123
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  123-124

电力变压器内部故障数字仿真及其保护新原理的研究

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