第３６卷第２期 ２０１４年４月 黑龙江电力 ＶｏＬ ３６ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１４ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ 基于ＥＭＴＰ的变压器励磁涌流谐波相位差仿真分析 张双梓 ，王铮 ，孙世勇 （１．东北电力大学研究生部，吉林吉林１３２０１２；２．国网河南省电力公司检修公司，郑州４５００００； ３．国网河南省电力公司平顶山供电公司，河南平顶山４６７０００） 摘要：利用变压器励磁涌流频谱中的相位信息，对变压器偏向时间轴一侧的励磁涌流进行了分析，发现变压器励磁涌流的 谐波成分中，基波相位的二倍与二次谐波的相位差总满足０。或１８０。的规律。利用ＥＭＴＰ构建仿真程序，分别对变压器空载合 闸、内部故障、外部短路情况下变压器励磁涌流以及励磁涌中基波与二次谐波相位差的规律进行了系统仿真，验证了该规律 的正确性，对识别励磁涌流和内部故障提供了重要依据。 关键词：励磁涌流；谐波；相位差 中图分类号：ＴＭ４０６ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００２—１６６３（２０１４）０２—０１２６—０３ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｐｈａｓｅ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｅｘｃｉｔａ．ｔｉｏｎ ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＭＴＰ ＺＨＡＮＧ Ｓｈｕａｎｇｚｉ ，ＷＡＮＧ Ｚｈｅｎｇ ，ＳＵＮ Ｓｈｉｙｏｎｇ （１．Ｇｒａｄｕａｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｄｉａｎｌｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｌｉｎ １３２０１２；２．Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｈｅｎａｎ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ Ｏｖｅｒｈａｕｌ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００００，Ｃｈｉｎａ；３．Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｂｕｒｅａｕ，Ｓｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｈｅｎａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｐｉｎｇｄｉｎｇｓｈａｎ ４６７０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｐｈａｓｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ￣ｅｑｕｅｎｃｙ ｓｐｅｃｔｒｕｍ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｄｅｖｉａｔｉｎｇ ｔｏｗａｒｄｓ ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｓｈａｆｔ，ａｎｄ ｄｉｓｃｏｖｅｒｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅｄ ｆｕｎｄａｍｅｎｔｌ ｗａｖｅ ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄａｒａｙ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｐｈａｓｅ ｆｏｌｌｏｗｓ ｔｈｅ ｒｕｌｅ ｔｈａｔ ｉｔ ｉＳ ｅｉｔｈｅｒ ０。ｏｒ １８０。ｉｎ ｔｈｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｎｑｅｒ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｓｉｍｕｌａｔｅｓ ｔｈｅ ｒｕｌｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｎｌｅｒ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ．ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ｗａｖｅ ａｎｄ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｎｏ—ｌｏａｄ ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ．ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆａｕｈ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｕａｌ ｓｈｏｒｔｃｕｔ ｃｉｒｃｕｉｔ．ａｎｄ ｖｅｒｉｆｉｅｓ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｒｕｌｅ．ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔ ｅｖｉｄｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆａｕｈ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ；ｈａｒｍｏｎｉｃ；ｐｈａｓｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ 传统的二次谐波判据应用于工程实际时，二次 谐波制动比难以整定。若将整定值抬高，就会在真 正出现励磁涌流时，因二次谐波制动比无法达到整 定值导致制动失效，从而造成差动保护误动；若整 定值过低，又容易出现在二次谐波含量较高且有内 部故障时因二次谐波闭锁而影响差动保护的速动 性和灵敏性。传统的二次谐波制动判据只利用了 性＿２ Ｊ，须对其进行改进。研究中发现，变压器励磁 涌流频谱中的相位信息存在一些有用的规律。在 对变压器偏向于时间轴一侧的励磁涌流进行分析 时，发现变压器励磁涌流的谐波成分中，基波相位 的２倍与二次谐波的相位差总满足０。或１８０。的规 律＿４］。结合该规律可对传统的二次谐波制动方法 加以改进，能够有效地改善变压器区别励磁涌流和 内部短路的能力 分析。 励磁涌流中二次谐波的幅值信息，而忽略了相位信 息 Ｊ。根据二次谐波的幅值信息并不能将励磁涌 流波形重构，其涌流波形的特征量还挖掘得不充 Ｊ。因此，本文通过构建ＥＭＴＰ 仿真程序，对变压器各种短路故障进行了仿真 分，故传统的二次谐波制动方法存在着局限 收稿日期：２０１４一Ｏ１—２３。 １ 涌流中基波与二次谐波的相位 特征 变压器励磁涌流的波形呈现出尖顶波的特性， 作者简介：张双梓（１９９０一），女，在读硕士研究生，主要从事变压器保 护方面的研究。 第２期 张双梓，等：基于ＥＭＴＰ的变压器励磁涌流谐波相位差仿真分析 对其进行谐波分析可以看出其中励磁涌流中含有 很大成分的基波和二次谐波。若设基波的波形为 余弦波形，在不同的相位差下，对基波和二次谐波 进行叠加可以发现，若两者的相位差为０。并且叠加 一定成分的直流分量时，可以最大程度地增加正方 向的电流并且削减负方向的电流，从而形成类似于 正向性的励磁涌流波形。同样当基波和二次谐波 的相位差为１８０。时，能够叠加形成类似于反向性的 励磁涌流波形Ｈｊ。 在波形的峰值部分，励磁涌流的基波和二次 谐波相互加强，而两者在波形的间断部分相互抵 消。因励磁涌流中二次谐波的频率为基波频率的 ２倍，所以两者的相位差无法时刻同步，而是不断 发生变化的。若将二次谐波与基波进行比相，须 将基波的相位扩大２倍后再与二次谐波相位比相 才能得到固定的相位差数值。根据励磁涌流的峰 值部分和间断部分可定性分析基波相位的２倍与 二次谐波的相位差为０。或１８０。，即正向性励磁涌 流中基波与二次谐波的相位差为０。，负向性励磁 涌流中两者的相位差为１８０。。定义二次谐波与基 波相位差 为 ＝ａｒｇ（１２）一２ａｒｇ（，１） ２仿真验证 利用ＥＭＴＰ软件建立如图１所示的仿真模型， 电源采用恒定电压源，输电线路长度为５０ ｋｍ，变压 器的额定容量为６０ ＭＶＡ，接线方式为Ｙ—Ｙ， ／ Ｕ２＝２２０ ｋＶ／３５ ｋＶ。 斗－ 一 ．图１仿真系统 Ｆｉ晷１ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ 利用上述模型分别对变压器空载合闸、内部故 障、外部短路等情况下变压器励磁涌流以及励磁涌 中基波与二次谐波相位差的规律进行仿真验证，如 图２所示。需要说明的是，在角度空间中，０。与 ３６０。或１８０。与一１８０。指的都是同一个角度，在以后 的分析中，均在此基础上考虑，不再另述。 仿真结果显示，在空载合闸和外部故障等情况 下，单向性涌流相位差相差为０。或１８０。，而在内部 故障时，不满足此规律。故对于单相变压器励磁涌 流来说，当出现励磁涌流时，一定满足基波倍频与 二次谐波相位差为０。或１８０。的规律。 ￡ 辆 罂 ｛｛】】ｊ ｔｌ ｍｓ Ｃ ８３ ｍ８ Ｕ相绕组１０％匝间短路，短路初始角０。 ｔ／ｍｓ ｄ ８３ ｍｓ Ｕ相绕组５０％单相接地，短路初始角０。 ・１２８・ 黑龙江电力 第３６卷 簧：４０。 一器 羞 ｊ … … —，０ ２０ ４ｏ ６Ｏ ８０ １００ １２０ １４０ １６０ １８０ ４００－ 一＾ ＹＯＵ Ｘｉａ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎ一 ． ，……．… 一 一一 嚣２００ 一ｏ Ｊｆ ｔ／ｍｓ ｔｕｍｌ ｕｕＪｌ ｕｉ｜ ＳＨＡＯ ＤＳＵｌ ｌ￣１Ｊｌ／ｌ…ｌ－ｙｉ／－，Ｌ／Ｉ…Ｉ￣．／．７．… 舢 。 ｅｊｕｎ，ＹＩＮ Ｘｉｎｇｇｅｎ，ＺＨＡＮＧ Ｚｈｅ．ｅｔａ ａ１．Ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｅｃ一 …Ｏ ２０ ４０ ６０ ８０ １００ １２０ １４０ １６０ １８０ ｏｎｄａｒｙ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｒｅｓｔｒａｉｎｔ ｆｏｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｔ ｌ Ｊ Ｊ．Ｐｏｗｅｒ ｙｓｔｅｍ ＴｅｃｈｎｏｌＯｇｙ，２００６，３０（２４）：８４—８８． ．ｅ外部故障６５ ｍｓ三相短路 ［４］邵德军大型变压器暂态机理与保护新原理研究［Ｄ］．武汉：华 ，图２变压器差流、基波及二次谐波相位差 Ｆｉｇ．２ Ｐｈａｓｅ ｄｉｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ 中科技大学２００９：１—２． ＳＨＡＯ ＤｅｉｕｎＲｅｓｅａｒｃｈ ０ｎ ｎ ｎｓｉｅｎｔ ｍｅｃｈａｎｉ８ｍ ａｎｄ ａ ｎｅｗ Ｄｍｌｅｃ． ．ｃｕｒｒｅｎｔ。ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ ａｎｄ ｔｗｏ ｈａｒｍｏｍｃ ｔｉｏｎ ｐｒｉｎｅｉｐｌｅ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｔｌ－ＢＸｌｓｆｏｒｌｎｅｒ［Ｄ］Ｗｕｈａｎ：Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ．ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９：１—２． ３ 结 论 通过构建ＥＭＴＰ仿真程序，对变压器各种短路 故障进行了仿真分析，验证了单向性涌流时基波相 位的二倍与二次谐波相位的差值为Ｏ或１８０。的规 ［ ］王立大，段周朝・变压器励磁涌流引起保护误动分析［Ｊ］・电力 系统保护与控制，２０１０，３８（１０）：１３８—１４０，１４４． ＷＡＮＧ Ｌｉｄａ，ＤＵＡＮ Ｚｈｏｕｃｈａｏ．Ｍａｌ—ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｎａａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｒｕｓｈ ＣＵｌＴｅｎｔ ｏｆ ｐｏｗ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ［Ｊｌ・Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｐｒｏｔｃｅｔｉｏｎ ｃ叫 ，２ｏ ｏ，。。（ ｏ）： 一 ４ｏ， ４４・ 律。由此，为辨识变压器内部故障和励磁涌流提供 １６］ ： ：Ｌｅ 三 ： １ａ． Ａｎｉ ｅｑｕｉ ｖ ：三 了重要依据。 ｉｎｒｕｓｈ ｃｕｒｒｅｎｔ ｎｄａ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆｎａｌｔｓ ｉｎ ｐ０ｗｅｒ ｔｒａｎｓｏｆｒｍｅｒｓ…．ＩＥＥＥ 参考文献： ［１］吕珍，岳蔚，刘沛．变压器差动保护二次谐波制动判据的仿真 Ｔ豫ｎ～ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，２００５，２０（４）：２４７３【 辑郭金光） 研究［Ｊ］．继电器．２００３，３１（６）：６９—７２，８４． （上接第１２５页） ［３］王成山，肖朝霞，王守相．微网综合控制与分析［Ｊ］．电力系统自 动化，２００８，３２（７）：９８—１０３． ＷＡＮＧ Ｃｈｅｎｇｓｈａｎ，ＸＩＡＯ Ｚｈａｏｘｉａ，ＷＡＮＧ Ｓｈｏｕｘｉａｎｇ．Ｍｉｃｒｏ ｎｅｔ－ ｎｄ Ｅｎｅｒａｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，２００６． ［８］肖朝霞．微网控制及运行特性分析［Ｄ］．天津：天津大学，２００８． ＸＩＡＯ Ｚｈａｏｘｉａ．Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎａｌｙ－ ｓｉｓ［Ｄ］．Ｔｉｎｊａｉｎ：Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００８． ［９］高晓芝．微网控制策略与电能质量改善研究［Ｄ］．天津：天津大 学，２０１２． ＧＡＯ Ｘｉａｏｚｈｉ．Ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｏｆ ｐｏｗｅｒ ｗｏｒｋ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｏｎｔｏｒｌ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ［Ｊ］．Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍｓ，２００８，３２（７）：９８—１０３． ［４］ＳＨＩＧＯ ＬＵＯ，ＺＨＩＨＯＮＧ ＹＥ，ＲＡＹＬＥＥ ＬＩＮ，ｅｔ １ａ．Ａ ｃｌａｓｓｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｎｄ ｅｖａａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｒａｌｌｅｌｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｍｏｄｕｌ— ｑｕａｌｉｔｙ［Ｄ］．Ｔｉａｎｊｉｎ：Ｔｉ ｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２． ［１０］王斌．低压微电网运行特性及控制技术的研究［Ｄ］．合肥：合 肥工业大学，２０１２． ＷＡＮＧ Ｂｉｎ．Ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｃｓ［Ｃ］．Ｉｎ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｓｐｅｃｉｌａｉｓｔｓ Ｃｏｎｆｅｒ－ ｅｎｅｅ，１９９９． ［５］ＪＵＮＧＷＯＮ ＫＩＭ，ＨＡＮＧ．ＳＥＯＫ ＣＨＯＩ，ＢＯ ＨＹＵＮＧ ＣＨＯ．Ａ ｎｏ－ ｖｅｌ ｄｒｏｏｐ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆｒ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ｐａｒａｌｌｅｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ［Ｊ］．ＩＥＥＥ Ｔｒｎｓａ－ ａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，２０ｏ２，ｌ７（１）：２５—３２． ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｄ］．Ｈｅｆｅｉ：Ｈｅｆｅｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈ— ｎｏｌｏｇｙ，２０１２． ［６］Ｐ．ＫＡＲＬＳＳＯＮ．ＤＣ Ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｅｄ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍｓ－ｎａａｌｙｓｉｓ，ｄｅｓｉｇｎ ｎｄ ａ［１１］周贤正．适用于低压微网的多微源协制策略研究［Ｄ］．长 沙：湖南大学，２０１２． ＺＨＯＵ Ｘｉａｎｚｈｅｎｇ．Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｍｉｃｒｏ￣ｕｒｅｅｓ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄ ｃｏｎｔｏｒｌ ｏｆｒ ａ ｒｅｎｅｗａｂｌｅ ｅｎｅｒｇｙ ｓｙｓｔｅｍ．Ｐ ｈＤ ｔｈｅｓｉｓ［Ｃ］．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｆ Ｉｏｎｄｕｓｔｒｉｌ Ｅｌａｃｔｅｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｌｕｒｉｄ Ｕ ｎｉｖｅｒ－ ｓｉｔｙ，Ｓｗｅｄｅｎ，２００２． ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｓｕｉｔｂｌａｅ ｆｏｒ ｌｏｗ ｖｏｌｔａｇｅ ｍｉｃｒｏｇｒｉｄ［Ｄ］．Ｃｈａｎｇｓｈａ： Ｈｕｎａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２． ［７］Ｍ．ＭＡＨＭＯＯＤＩ，Ｇ Ｂ ＧＨＡＲＥＨＰＥ１１ＡＮ，Ｍ．ＡＢＥＤＩ，ｅｔ １ａ．Ｃｏｎ— ｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍｓ ｏｒｆ ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｐａｒｌｌａｅｌ ｄｇ ｕｎｉｔｓ ｉｎ ＤＣ ｄｉｓ— （责任编辑郭金光） ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．Ｉｎ Ｐ ｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｐｏｗｅｒ
