感应与移相整流变压器内部故障建模及其保护方案的研究

论文摘要

高能耗和谐波一直是我国电解冶金，电解化工，轨道交通等行业面临的重大难题，感应与移相整流变压器因其优良的滤波节能效果在工业整流中有很好的应用前景，并已申请国家发明专利。为了加快实现其产业化及在电解冶金、电解化工、城市轨道交通等工业领域中的推广应用，有必要对其保护控制进行研究。本文将围绕感应与移相整流变压器的工作机理、内部故障建模、励磁涌流识别和保护方案的制定四个方面开展研究工作。本文在分析感应与滤波整流变压器接线方案的基础上，对感应与移相整流变压器的滤波工作机理进行了详细的阐述，并建立了感应与移相整流变压器的单相数学模型，为后续继电保护方案的制定提供理论依据。在分析了目前变压器的主要建模方法的原理和特点的前提下，本文采用基于“场-路”耦合的变压器内部故障建模方法，应用电磁场仿真软件ANSOFTMAXWELL，建立了1台116kVA感应与移相整流变压器的2D有限元模型，并重点对其在匝间短路和匝地短路两种典型的内部故障开展了仿真研究，分析在匝地故障和匝间故障时绕组的电流情况。从变压器励磁涌流的产生机理出发，对现有的鉴别励磁涌流的方法进行了介绍和对比，本文采用了小波变换的励磁涌流鉴别方法，对小波变换的原理及其在励磁涌流鉴别的应用做了详细介绍，并在MATLAB仿真软件中采用小波变换实现了对励磁涌流和内部故障电流的鉴别，仿真结果显示鉴别效果较优。针对整流变压器存在的故障及不正常运行状态，对感应与移相整流变压器提出相应的保护措施，并重点分析了纵联差动保护在感应与移相整流变压器上的应用。分析零序电流对差动保护的影响，针对感应与移相整流变压器自身线方案的特点，提出了两种纵差动保护接线方案，通过对两种纵差动保护接线方案进行原理和MATLAB仿真对比分析，选择了一种较优的接线方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 电解冶金、电解化工、轨道交通等行业的发展
• 1.1.2 电解冶金、电解化工、轨道交通等行业面临的问题
• 1.1.3 感应与移相整流变压器在节能与谐波治理中的应用
• 1.1.4 课题研究的意义
• 1.2 整流变压器保护研究现状
• 1.3 本课题研究主要内容
• 第2章 感应与移相整流变压器
• 2.1 感应与移相整流变压器接线方案
• 2.2 感应与移相整流变压器的滤波原理
• 2.2.1 移相滤波
• 2.2.2 感应滤波
• 2.3 感应与移相整流变压器的单相数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 感应与移相整流变压器内部故障建模
• 3.1 变压器仿真模型
• 3.2 基于“场-路”耦合的内部故障建模方法
• 3.2.1 Ansoft 有限元软件简介
• 3.2.2 有限元分析原理
• 3.3 感应与移相整流变压器建模
• 3.3.1 感应与移相整流变压器正常模型
• 3.3.2 感应与移相整流变压器内部故障模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 感应与移相整流变压器励磁涌流分析
• 4.1 励磁涌流产生原理
• 4.2 感应与移相整流变压器空载合闸仿真模型
• 4.3 几种识别励磁涌流的方法
• 4.3.1 基于波形特征的励磁涌流的识别方法
• 4.3.2 基于谐波和非周期分量特征的励磁涌流的识别方法
• 4.3.3 基于铁芯磁通饱和特征的励磁涌流的识别方法
• 4.3.4 新理论在励磁涌流识别中的应用
• 4.4 小波变换在励磁涌流识别中的应用
• 4.4.1 小波变换的本质
• 4.4.2 小波基函数的选择与分解层数的确定
• 4.4.3 基于小波变换的励磁涌流和内部故障电流的仿真分析
• 4.4.4 仿真结果分析
• 4.4.5 判据设定
• 4.5 本章小结
• 第5章 感应与移相变压器保护方案
• 5.1 感应与移相整流变压器保护配置
• 5.2 感应与移相整流变压器纵差动保护研究
• 5.2.1 变压器纵差动保护基本原则
• 5.2.2 纵差动保护整定计算原则
• 5.2.3 零序电流对不同纵差动保护接线灵敏度的影响
• 5.2.4 感应与移相整流变压器纵差动保护接线方案
• 5.2.5 仿真分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
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