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　　高壓斷路器在隨機關合空載變壓器時會產生幅值、頻率很高的勵磁涌流和操作過電壓。這些勵磁涌流和操作過電壓會給變壓器和電力系統帶來一系列的危害，如：損害電力變壓器的絕緣，使得變壓器繞組機械應力增加，導致變壓器繞組變形；導致繼電保護裝置基金項目：四川省電力電子重點。

　　磁通電流變化曲線為方便分析空載變壓器勵磁涌流產生的機理，以單相變壓器為例。根據法拉第電磁感應定律，電力變壓器一次繞組電壓滿足關系：流瞬時值；N和R為一次繞組的匝數與電阻；Um為電壓峰值；a為電壓合閘初相角。若變壓器合閘t=0時，鐵芯內有剩磁Pr，則由式⑴可知變壓器鐵芯暫態磁通P滿足關系：分析式（2）可知，在變壓器空載投入的過渡過程中，磁通量的大小與合閘時刻的相位角a有關。當在電壓過零時刻即初相角a=0°時合閘，鐵芯內磁通出現大值2Pm +Pr；當鐵芯出現大磁通時，鐵芯磁通嚴重飽和，勵磁電流會劇烈增長，其值可超過穩態勵磁電流的幾十倍到百余倍，可達額定電流的6~8倍9.從斷路器關合空載變壓器暫態過程可知，一次母線電壓將會在鐵芯中產生預感應磁通，在不考慮斷路器預擊穿時，該預感應磁通滿足關系：由式（2）和式（3）可知，在高壓斷路器關合空載變壓器時，如果通過控制斷路器在變壓器剩磁Pr與預期磁通Pprosp相等時刻關合，可以使得變壓器內鐵芯磁通不發生突變，鐵芯磁通將在剩磁的基礎上實現無沖擊的平穩過渡，避免鐵芯飽和，從而可以有效減少勵磁涌流和操作過電壓-12.變壓器同步關合抑制勵磁涌流的佳關合相位如所示。

　　空載變壓器同步關合佳相位高壓斷路器在同步關合空載變壓器的佳目標相位滿足條件：由式（3）和式（4）可知，斷路器理想同步關合空載變壓器時刻為：3變壓器剩磁計算根據同步關合空載變壓器的原理可知，佳目標關合相位主要取決于變壓器切除后鐵芯剩磁的大小和極性。因此，剩磁的計算準確與否直接關系到同步關合抑制涌流和過電壓的實際效果。理論上講，鐵芯剩磁可以直接通過對變壓器繞組兩端電壓進行積分獲得。但是，在電力系統中由于測量電壓中可能含有直流干擾，從而使得通過繞組電壓積分得到的磁通終可能單調增加或者單調減少，導致測量誤差；另一方面，由于變壓器勵磁電感、繞組和線路分布電容的存在，使得開斷后變壓器鐵芯內磁通會隨系統暫態恢復電壓的變化而變化M.直流干擾和系統暫態恢復對空載變壓器鐵芯剩磁計算影響如所示。

　　剩陣。0.時間/s（a）衰減時間常數1. 9ms剩磁分析可知，開斷后，系統暫態恢復電壓的峰值滿足指數衰減關系；在剩磁測量時，根據采集的變壓器暫態恢復電壓進行參數辨識，求取暫態恢復電壓的衰減時間，從而獲得電壓積分截止時間。所示為考慮系統暫態恢復電壓影響的空載變壓器開斷等效電路。

　　變壓器開斷原理圖圖中，U（t）為系統電源電壓；Ls為線路等效電感；Cs為線路對地雜散電容；QF為斷路器；Lm為空載變壓器勵磁電感；C為變壓器和線路對地分布電容，該電路滿足關系：求解式（6）微分方程可知變壓器繞組兩端暫態電壓滿足關系。

　　分析式（7）可知，開斷后繞組兩端電壓峰值值滿足指數衰減關系：式（8）中的未知量k和5可以通過小二乘法求取。考慮到實際工程中采樣時間比較小，式（8）中指數衰減分量可以采用泰勒級數展開。根據小二乘原理4，有關系：通過對式（9）進行迭代計算則可以獲得暫態恢復電壓指數衰減時間常數，從而準確計算出鐵芯內剩磁值。

　　4仿真與分析4.1仿真模型的建立本文采用ATP-EMTP建立如所示空載變壓器關合仿真模型，其中變壓器額定容量為10MVA，額定電壓為35/6.3kV；空載損耗：13.6kW；空載電流：0.8；短路損耗：53kW；阻抗電壓：7.5；頻率為50Hz15.變壓器通過5km架空線路與電源相連，進行空載合分閘試驗，對變壓器的勵磁暫態過程進行仿真。

　　空載變壓器同步關合的系統模型4.2剩磁計算算法驗證為了驗證本文提出的變壓器同步關合剩磁計算算法，對所示模型進行仿真，獲得變壓器切除過程中繞組兩端電壓，并通過剩磁計算算法求取暫態恢復電壓衰減時間常數和鐵芯內剩磁值，仿真結果如所示，當系統暫態恢復電壓。

　　時間，S（b）衰減時間常數S. 5ms剩磁剩磁計算結果衰減時間常數較大時，斷路器開斷時刻鐵芯內磁通與終變壓器剩磁值相差較大，因此剩磁測量必須考慮暫態恢復電壓影響，同時對不同的電壓衰減時間殘留磁通的讀取須在電壓衰減過程在磁通穩定時讀取磁通值。

　　剩磁計算值與測量值的比較如所示，本文提出剩磁算法與變壓器鐵芯內剩磁實際值一致，本文算法剩磁計算大誤差為±。5pu，從而驗證了剩磁計算算法的有效性。

　　剩磁測值所提出剩磁計算算法和目標關合相位做同步關合仿真試驗，所示是測得A、B、C三相剩磁分別為0. 85pu，采用隨機關合與采用同步關合的勵磁涌流和過電壓仿真結果。

　　（C）隨機關合U同步關合電壓波形過電壓波形不同關合相位勵磁涌流和過電壓的波形分析可知，在電壓零點隨機關合時變壓器勵磁涌流峰值可達lkA，遠大于變壓器額定電流，并且電流信號中包含大量的非周期分量，使勵磁涌流偏于時間軸一側，波形具有明顯的間斷角，同時包含以二次諧波為主的大量高次諧波，使勵磁涌流的變化曲線為尖頂波。當采用同步開關技術在佳相位關合時，勵磁電流峰值為4.1A，小于額定電流；諧波含量明顯降低。同時，隨機關合的過電壓為47.1kV，為峰值電壓的1.64pu.；同步關合的過電壓為29.2kV，為峰值電壓表1所示為不同開斷相位和剩磁情況下隨機關合和根據測得剩磁進行同步關合的暫態仿真實驗比較結果。從仿真結果可知，同步關合與隨機關合相比，勵磁涌流大幅度減少，且小于額定電流，同步關合抑制涌流效果明顯；剩磁越大，計算的磁通誤差越小，勵磁涌流也越小。

　　表1隨即關合與選相位關合仿真結果表開斷相位衰減時間常數（ms）剩磁測量值（p.u.）隨機關合同步關合涌流峰值（A）電流峰值（A）5結論本文在分析變壓器空載合閘過程中勵磁涌流產生機理的基礎上，采用同步關合技術抑制空載變壓器的勵磁涌流和操作過電壓，分析了剩磁測量的重要性，提出剩磁計算的方法和算法，并通過ATP-EMTP仿真驗證其可行性，并得出以下有益結論：采用同步關合技術，通過控制斷路器合閘時的相位角，可以有效減少關合空載變壓器時勵磁涌流和過電壓，降低非周期分量和高次諧波的含量，對減少繼電保護裝置誤動、改善電能質量、提高運行可靠性有重要意義。

　　剩磁的準確測量是空載變壓器同步關合的一個關鍵問題，需要進一步深入研究變壓器、線路以及電壓互感器相互偶爾影響對剩磁計算。