摘 要

变压器的励磁涌流的抑制是近年来，电气专业的热门研究方向，目前已有很多成熟的抑制措施，但大多数都是针对大型电力变压器的，而对于环形变压器的励磁涌流的研究，其抑制措施却不多，或者说不够完善。中国近几十年来环形变压器从零开始，到目前为止已经形成了相当规模的生产，已应用于很多领域。因此本文将从电力变压器的涌流抑制措施着手，运用已相对成熟的电力变压器的涌流抑制措施来研究环形变压器的涌流抑制措施。

讨论了各种抑制措施后，主要针对控制合闸角来抑制励磁涌流和减小环形变压器绕组的缠绕角度来抑制励磁涌流来进行分析论述，本文最终采纳了通过增加饱和电感来抑制浪涌电流的方案，并对这种方案的理论支持进行了详细的推导。该方案的可行性，首先使用电磁暂态仿真软件（EMTP），构建了仿真模拟电路，通过仿真验证了增大饱和电感可以很显著的抑制励磁涌流。而饱和电感的增大方案，本文采取减小环线变压器的缠绕角度来实现，文中使用有限元（COMSOL）仿真的方式，简化了环形变压器的三维模型，通过表面电流的方法，对环形变压器进行了仿真，得出了磁通量的仿真图，粗略的验证地验证了减小残绕角度可以增大饱和电感，分析验证了减小缠绕角度对饱和电感的影响，并提出了模型的修改意见。

关键词：环形变压器；励磁涌流；饱和电感；缠绕角度

ABSTRACT

Transformer inrush current suppression is the hot professional research direction in recent years, there are many mature suppression measures for large power transformers, however for the ring transformer ,inrush current suppression measures are not So mature. In China ring transformers from scratch, so far has formed a considerable scale of production, has been applied in many areas. Therefore, this paper will proceed from the current transformer inrush suppression measures,surveying from the use of relatively mature power transformer surge suppression measures to study the inrush current in ring transformer.

After discussing the various suppression measures, this paper finally adopted a scheme to suppress the surge current by increasing the saturation inductance. And simulated by EM transient simulation software (EMTP), which confirmed the feasibility of the scheme. The results show that the effect of reducing the angle of the winding on the saturation inductance .In addition, the finite element (COMSOL) simulation method is used to obtain the data, and the influence of the winding angle on the saturation inductance is verified.

KEY WORDS：ring transformer；inrush current；Saturation inductance；winding angle

目 录

第1章 绪论 1

1.1课题背景与意义 1

1.1.1课题背景 1

1.1.2研究励磁涌流的意义 1

1.2环形变压器概述 2

1.3励磁涌流的简单图解分析 3

1.4励磁涌流抑制机理 8

1.5涌流抑制仿真概述 9

1.6本课题研究主要内容 9

第2章 抑制浪涌电流方案及其比较 11

2.1励磁浪涌电流影响因素的分析 11

2.2改变变压器峰值电压或系统角频率 11

2.3增大饱和电感 12

2.3.1浪涌电流的第一峰值 13

2.3.2相跳电流 15

2.3.3增大饱和电感的效果 16

2.4增大系统电阻 16

2.5合闸角抑制法 16

2.6抑制励磁涌流各方案的比较 19

2.7 本章小结 19

第3章 增大饱和电感抑制励磁浪涌电流的emtp仿真验证 21

3.1环形变压器励磁涌流测量电路的搭建 21

3.2 EMTP上的励磁电流仿真 22

3.3本章小结 25

第4章 减小缠绕角度以增大环形变压器饱和电感及其仿真 26

4.1 环形变压器模型构建 26

4.2 环形变压器的表面电流 27

4.3 仿真结果及分析 28

4.4 本章小结 30

第5章 总结与展望 32

参考文献 34

附录A 37

致 谢 41

第1章 绪论

本章首先阐述了本课题“减小环形变压器的励磁涌流”的研究背景与意义，然后针对环形变压器这种特殊变压器，对其特性进行了研究，然后对励磁涌流的产生机理,从B-H曲线入手做出一个简洁的推理，以便读者对励磁涌流有一个初步的认识，最后对环形变压器的涌流抑制的现有的措施以及其优缺点和应用场合进行简单介绍。

1.1课题背景与意义

1.1.1课题背景

变压器是电力系统仅次于发电机重要的电气设备，发生突发情况时，修理难度大，再加上修理的时间可能会比较长，会耽搁仪器的使用，变压器本身好似很贵重的仪器，因此，不仅变压器本身会有很大的损失，延误了变压器的使用同时会造成一定的损失。从而抑制励磁涌流，避免环形变压器受到不必要的损失非常重要。由于浪涌电流的多样性和特性的多样性，难以通过数学或物理方法提高特征识别的准确性，从而在该领域中已经改善了该领域的浪涌电流。成为一个历史性的问题。变压器励磁电流在电力变压器中，可能会影响到继电保护的工作，可能会使自电网电压下降，或者是给电网带来谐波污染，甚至造成铁磁共振过电压等，这些对电力系统运行会带来很多的不可低估后果。至于电压下降，谐波污染，应除了消除更多的不竭之外。原因是人们认为涌入流动不可抗拒，只能用“识别”对策，就是“隐藏”对策。事实上，另一个想法“抑制”是完全可以实现的，已经实现^[1]。

同样，在环形变压器中，问题是同样存在的，只是环形变压器应用于高压的情况比较少，而较多的应用于高频率低压的状况，但对环形变压器励磁涌流的研究，其背景和电力变压器的背景是相同，同样的处于一个热门的研究状况中。且同样对变压器的正常工作起着相当重要的作用。

1.1.2研究励磁涌流的意义

在变压器中，发生励磁涌流是不可避免的事情，其原因读者可以参考后文中介绍的励磁涌流残生的机理，而在电力变压器中励磁涌流的危害也较大，如下：