專利名稱：一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到電力供配電系統(tǒng)中抑制變壓器空載投入時(shí)產(chǎn)生的變壓器勵磁涌流的裝置，特別是一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置和方法。
背景技術(shù)：
電力供配電系統(tǒng)變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生的過大勵磁涌流常常造成微機(jī)保護(hù)裝置誤動作、繞組機(jī)械應(yīng)力增加和電能質(zhì)量變差等問題。目前，對于這種情況，基本上都是在前級微機(jī)保護(hù)裝置中改變二次諧波制動系數(shù)來避開空載合閘涌流，從而防止保護(hù)裝置誤動作。但是，在變壓器空載合閘時(shí)，由于剩磁的不確定性、合閘時(shí)刻的隨意性，再加上現(xiàn)代變壓器磁特性的變化造成涌流時(shí)二次諧波含量低等原因，使得對二次諧波系數(shù)的整定具有相當(dāng)大的難度，往往需要多次的試驗(yàn)和長時(shí)間的運(yùn)行才能獲得某個(gè)經(jīng)驗(yàn)值作為整定值，因此，應(yīng)用的效果并不很好。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前廣泛采用的方法不能高效的解決變壓器空載合閘涌流造成微機(jī)保護(hù)誤動作等問題，本發(fā)明專利將消除和抑制變壓器空載合閘涌流作為著眼點(diǎn)，提供了一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置和方法，從而有效解決電力供配電系統(tǒng)中由于勵磁涌流過大而造成的微機(jī)保護(hù)誤動作等問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是以晶閘管或晶閘管閥組作為開關(guān)器件，在變壓器空載投入時(shí)進(jìn)行分相投切，開關(guān)器件觸發(fā)導(dǎo)通前，即合閘前，通過晶閘管兩端并聯(lián)的阻容電路耦合到變壓器上的電壓建立的磁鏈來削弱或消除變壓器剩磁的影響。
一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置，它包括由一個(gè)以上開關(guān)器件構(gòu)成的開關(guān)器件組4，該開關(guān)器件組4連接在交流電源開關(guān)與變壓器之間，每相交流電至少對應(yīng)有一個(gè)開關(guān)器件以及與開關(guān)器件并聯(lián)的阻容電路；一個(gè)旁路接觸器5，該旁路接觸器5與所述開關(guān)器件組4并聯(lián)連接，一個(gè)控制單元9，該控制單元9的控制觸發(fā)脈沖輸出端與所述開關(guān)器件組4的控制端相連；還包括分別檢測電源電壓的前端前端電壓互感器2、檢測變壓器相電流的電流互感器3，檢測變壓器電壓的末端電壓互感器7，所述前端電壓互感器2、電流互感器3和末端電壓互感器7的信號輸出端分別與所述控制單元9的對應(yīng)輸入端相連。
一種用在具有控制單元和開關(guān)器件組、與開關(guān)器件組并聯(lián)的旁路接觸器的裝置上的抑制變壓器空載合閘涌流的方法，其特征在于它包括以下步驟第一步，在交流電源開關(guān)合閘上電并在變壓器內(nèi)部建立預(yù)充磁磁鏈后，檢測通過阻容電路耦合到變壓器繞組上的電壓大小和相位，獲得該電壓建立的預(yù)充磁磁鏈大小和相位；第二步，選擇任意相繞組為首合相繞組，根據(jù)上述第一步得到該相預(yù)充磁磁鏈的大小和相位以及額定電壓直接加在變壓器上在該相將建立的磁鏈大小和相位，按照合閘前后磁鏈瞬時(shí)值相等的原則計(jì)算首合相繞組切入電網(wǎng)時(shí)刻，即相關(guān)相晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻；第三步，計(jì)算首合相合閘后其它相磁鏈的大小和相位，根據(jù)該磁鏈的大小和相位以及額定電壓直接加在變壓器上所建立的相應(yīng)相的磁鏈大小和相位，按照合閘前后磁鏈瞬時(shí)值相等的原則計(jì)算其他相繞組切入電網(wǎng)時(shí)刻，即相關(guān)相晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻；第四步，變壓器各繞組都投入電網(wǎng)后，將旁路接觸器常開觸點(diǎn)閉合旁路開關(guān)器件組合閘裝置。
本發(fā)明可以很大程度上抑制變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵磁涌流，從而有效的防止由于勵磁涌流過大而造成的微機(jī)保護(hù)誤動作，可以廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)供配電領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)原理框圖；圖2為實(shí)施例的電路原理圖；圖3為檢測流程圖。
圖中1.三相交流電源開關(guān)，2.前端電壓互感器，3.電流互感器，4.開關(guān)器件，5.旁路接觸器，6.避雷器，7.末端電壓互感器，8.變壓器，9.控制單元具體實(shí)施方式
如圖1、圖2所示，一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置，針對三相交流變壓器，它包括由一個(gè)以上開關(guān)器件構(gòu)成的開關(guān)器件組4，該開關(guān)器件組4連接在交流電源開關(guān)1與變壓器8之間，每相交流電至少對應(yīng)有一個(gè)開關(guān)器件以及與開關(guān)器件并聯(lián)的阻容電路；一個(gè)三相旁路接觸器5，該旁路接觸器5與所述開關(guān)器件組4并聯(lián)連接，一個(gè)控制單元9，該控制單元9的控制觸發(fā)脈沖輸出端與所述開關(guān)器件組4的控制端相連；
還包括分別檢測電源電壓的前端前端電壓互感器2、檢測變壓器相電流的電流互感器3，檢測變壓器電壓的末端電壓互感器7，所述前端電壓互感器2、電流互感器3和末端電壓互感器7的信號輸出端分別與所述控制單元9的對應(yīng)輸入端相連。
開關(guān)器件組4的開關(guān)器件為晶閘管組，每個(gè)晶閘管組由多個(gè)晶閘管構(gòu)成。開關(guān)器件組4的晶閘管組包含多個(gè)功率模塊，每個(gè)功率模塊為兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成，模塊之間采用串聯(lián)連接最終構(gòu)成一相晶閘管閥組(以下統(tǒng)稱為晶閘管)。晶閘管串聯(lián)在變壓器和前級開關(guān)柜之間。開關(guān)器件組4的控制端通過光纖10與控制單元9的控制觸發(fā)脈沖輸出端相連。旁路接觸器5與地之間連接有避雷器6。
整套裝置的工作原理是前級開關(guān)柜上電后，在晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通之前，電壓通過每相晶閘管兩端的阻容電路耦合到了變壓器的每相繞組，阻容電路并聯(lián)在晶閘管組的兩端，每對反并聯(lián)晶閘管(功率模塊)都有RC電路與之并聯(lián)。由于此時(shí)變壓器上的電壓是通過阻容耦合過來的，因此不會產(chǎn)生涌流，耦合到變壓器上的電壓會在變壓器上建立預(yù)充磁磁鏈，從而大大削弱并替代上電前變壓器內(nèi)的剩磁。預(yù)充磁磁鏈相對于額定電壓在變壓器內(nèi)所產(chǎn)生的磁鏈的大小和相位可以通過阻容吸收電路耦合到變壓器上的電壓大小和相位以及變壓器額定電壓獲得，這里把預(yù)充磁磁鏈記做 得到 的相對大小和相位后，與電網(wǎng)電壓直接加到變壓器上所建立的磁鏈 進(jìn)行比較，以首合相繞組投入時(shí)刻。設(shè)A相繞組為首合相繞組，則A相繞組投入時(shí)刻選擇在兩磁鏈曲線相交處，在該時(shí)刻觸發(fā)相關(guān)相晶閘管導(dǎo)通，使變壓器A相繞組投入電網(wǎng)，A相繞組投入后，將在B、C相繞組中感應(yīng)出一定大小和相位的磁鏈，B，C相繞組的投入按照和A相繞組投入相同的原則，即在投入前繞組內(nèi)磁鏈曲線和投入后繞組內(nèi)磁鏈曲線相交位置觸發(fā)相關(guān)相晶閘管導(dǎo)通即可。三相全部投入后隔若干周波將晶閘管通過接觸器旁路，此后變壓器直接掛電網(wǎng)運(yùn)行。
整個(gè)合閘過程包括幾個(gè)環(huán)節(jié)1.上電，建立預(yù)充磁磁鏈。
在圖2中，變壓器原邊為三角形接法，三相交流電源開關(guān)柜合閘后，電網(wǎng)電壓將加在晶閘管和變壓器繞組上，由于此時(shí)晶閘管沒有觸發(fā)導(dǎo)通，因此電網(wǎng)電壓實(shí)際上作用于晶閘管兩端并聯(lián)的阻容電路和變壓器繞組上，變壓器繞組上的電壓是通過阻容電路耦合過來的，這個(gè)電壓在變壓器內(nèi)部將建立相應(yīng)的磁鏈，稱作預(yù)充磁磁場，該磁鏈可以大大的削弱或抵消變壓器剩磁，使得合閘過程中可以不考慮剩磁不可測的因素。
2.檢測通過阻容電路耦合到變壓器繞組上的電壓大小和相位，獲得該電壓建立的預(yù)充磁磁鏈大小和相位。
以變壓器A相繞組為例，通過變壓器側(cè)的電壓互感器可以測得該電壓的大小，將電網(wǎng)線電壓Uuv正向過零點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，則可得到該電壓的相位，將該電壓記做 且有Uv2=U2m×sin(ωt+θ),]]>θ為 超前電網(wǎng)電壓的相位角。選擇額定電壓作為基值，將 標(biāo)幺化為UV2*=U2mUNm×sin(ωt+θ)=U2m*×sin(ωt+θ)]]>由于電壓和磁鏈的大小成正比，因此電壓和它自身所建立磁場的磁鏈的最大值的標(biāo)幺值是相等的，在相位上電壓超前磁鏈90°，因此 所建立磁場的磁鏈標(biāo)幺值為 3.選擇任意相繞組為首合相繞組，根據(jù)2得到該相預(yù)充磁磁鏈的大小和相位以及額定電壓直接加在變壓器上在該相建立的磁鏈大小和相位，按照合閘前后磁鏈瞬時(shí)值相等的原則計(jì)算首合相繞組切入電網(wǎng)時(shí)刻，即相關(guān)相晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻。
選擇A相繞組為首合相繞組，額定電壓Uuv在A相繞組中建立的磁鏈標(biāo)幺化后可以表示為1×sin(ωt-90°)。A相繞組切入電網(wǎng)的時(shí)刻可以通過方程 來確定，對于三角形接法的變壓器，在計(jì)算得到的A相繞組投入時(shí)刻，將U、V兩相晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通并維持導(dǎo)通即可4.計(jì)算首合相合閘后其他相磁鏈的大小和相位，根據(jù)該磁鏈的大小和相位以及額定電壓直接加在變壓器上所建立的相應(yīng)相的磁鏈大小和相位，按照合閘前后磁鏈瞬時(shí)值相等的原則計(jì)算其他相繞組切入電網(wǎng)時(shí)刻，即相關(guān)相晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻。
對原邊為三角形接法的變壓器，A相繞組投入電網(wǎng)后，B、C相繞組的電壓為A相電壓的一半，相位相反，因此對應(yīng)的B、C相繞組中的磁鏈大小為A相繞組的一半，相位相反，可以表示為-0.5×sin(ωt-90°)，對于B、C相繞組，額定電壓建立的磁鏈標(biāo)幺化后可以分別表示為1×sin(ωt-120°-90°)、1×sin(ωt-240°-90°)，B、C相繞組投入時(shí)刻可以由方程0.5×sin(ωt-90°)＝1×sin(ωt-120°-90°)來確定，解該方程可得B、C相繞組投入時(shí)刻為k*180°，即在投在A相繞組投入電網(wǎng)后，選擇電網(wǎng)電壓Uuv的過零點(diǎn)處觸發(fā)W相晶閘管導(dǎo)通，就可以將B、C相繞組投入電網(wǎng)。
5.變壓器三相繞組都投入電網(wǎng)后，將旁路接觸器常開觸點(diǎn)閉合旁路晶閘管閥合閘裝置，變壓器完全投入電網(wǎng)運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置，其特征在于它包括由一個(gè)以上開關(guān)器件構(gòu)成的開關(guān)器件組(4)，該開關(guān)器件組(4)連接在交流電源開關(guān)與變壓器之間，每相交流電至少對應(yīng)有一個(gè)開關(guān)器件以及與開關(guān)器件并聯(lián)的阻容電路；一個(gè)旁路接觸器(5)，該旁路接觸器(5)與所述開關(guān)器件組(4)并聯(lián)連接；一個(gè)控制單元(9)，該控制單元(9)的控制觸發(fā)脈沖輸出端與所述開關(guān)器件組(4)的控制端相連；還包括分別檢測電源電壓的前端前端電壓互感器(2)、檢測變壓器相電流的電流互感器(3)，檢測變壓器電壓的末端電壓互感器(7)，所述前端電壓互感器(2)、電流互感器(3)和末端電壓互感器(7)的信號輸出端分別與所述控制單元(9)的對應(yīng)輸入端相連。
2.如權(quán)利要求1的一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置，其特征在于所述開關(guān)器件組(4)的開關(guān)器件為晶閘管。
3.如權(quán)利要求1的一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置，其特征在于所述開關(guān)器件組(4)的開關(guān)器件為晶閘管組，每個(gè)晶閘管組由多個(gè)晶閘管構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3的一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置，其特征在于構(gòu)成所述開關(guān)器件組(4)的晶閘管組包含一個(gè)或多個(gè)功率模塊，每個(gè)功率模塊為兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)構(gòu)成，模塊之間采用串聯(lián)連接。
5.如權(quán)利要求1或2或3或4的一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置，其特征在于所述開關(guān)器件組(4)的控制端通過光纖(10)與控制單元(9)的控制觸發(fā)脈沖輸出端相連。
6.如權(quán)利要求1的一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置，其特征在于所述旁路接觸器(5)與地之間連接有避雷器(6)。
7.一種用在具有控制單元和開關(guān)器件組、與開關(guān)器件組并聯(lián)的旁路接觸器的裝置上的抑制變壓器空載合閘涌流的方法，其特征在于它包括以下步驟第一步，在交流電源開關(guān)合閘上電并在變壓器內(nèi)部建立預(yù)充磁磁鏈后，檢測通過阻容電路耦合到變壓器繞組上的電壓大小和相位，獲得該電壓建立的預(yù)充磁磁鏈大小和相位；第二步，選擇任意相繞組為首合相繞組，根據(jù)上述第一步得到該相預(yù)充磁磁鏈的大小和相位以及額定電壓直接加在變壓器上在該相建立的磁鏈大小和相位，按照合閘前后磁鏈瞬時(shí)值相等的原則計(jì)算首合相繞組切入電網(wǎng)時(shí)刻，即相關(guān)相晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻；第三步，計(jì)算首合相合閘后其它相磁鏈的大小和相位，根據(jù)該磁鏈的大小和相位以及額定電壓直接加在變壓器上所建立的相應(yīng)相的磁鏈大小和相位，按照合閘前后磁鏈瞬時(shí)值相等的原則計(jì)算其他相繞組切入電網(wǎng)時(shí)刻，即相關(guān)相晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻；第四步，變壓器各繞組都投入電網(wǎng)后，將旁路接觸器常開觸點(diǎn)閉合，旁路開關(guān)器件組合閘裝置。
8.如權(quán)利要求7的一種抑制變壓器空載合閘涌流的方法，其特征在于所述第一步中獲得預(yù)充磁磁鏈大小和相位的方法是交流電源開關(guān)合閘上電后，檢測耦合到變壓器上的電壓大小，以電網(wǎng)線電壓Uuv正向過零點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，則可得到首合相電壓的相位，將該電壓記做 且有 其中U2m為耦合到變壓器首合相上的電壓的最大值、θ為 超前電網(wǎng)電壓的相位角；選擇額定電壓作為基值，將 標(biāo)幺化為 由于電壓和磁鏈的大小成正比，電壓和它自身所建立磁場的磁鏈的最大值的標(biāo)幺值相等，在相位上電壓超前磁鏈90°，因此 所建立磁場的磁鏈標(biāo)幺值為
9.如權(quán)利要求7的一種抑制變壓器空載合閘涌流的方法，其特征在于所述第二步中計(jì)算首合相繞組切入電網(wǎng)時(shí)刻的方法是選擇A相繞組為首合相繞組，額定電壓Uuv在A相繞組中建立的磁鏈標(biāo)幺化后可以表示為1×sin(ωt-90°)；A相繞組切入電網(wǎng)的時(shí)刻可以通過方程 來確定，對于三角形接法的變壓器，在計(jì)算得到的A相繞組投入時(shí)刻，將U、V兩相晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通并維持導(dǎo)通。
10.如權(quán)利要求7的一種抑制變壓器空載合閘涌流的方法，其特征在于所述第三步中計(jì)算其它相繞組切入電網(wǎng)時(shí)刻的方法是B、C相繞組投入時(shí)刻按照-0.5×sin(ωt-90°)＝1×sin(ωt-120°-90°)號來確定，可得到B、C相繞組投入時(shí)刻所對應(yīng)的角度為k*180°，其中k為自然數(shù)。
全文摘要
一種抑制變壓器空載合閘涌流的裝置和方法，它包括由一個(gè)以上連接在交流電源開關(guān)與變壓器之間的開關(guān)器件組，每相交流電至少對應(yīng)有一個(gè)開關(guān)器件，與開關(guān)器件組并聯(lián)連接的旁路接觸器，控制單元，檢測電源電壓的前端電壓互感器、檢測變壓器相電流的電流互感器，檢測變壓器電壓的末端電壓互感器，其信號輸出端分別與控制單元的對應(yīng)輸入端相連，它先測算變壓器內(nèi)部預(yù)充磁磁鏈大小和相位；計(jì)算首合相繞組切入電網(wǎng)時(shí)刻，確定相關(guān)相晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)刻；確定其它相繞組切入電網(wǎng)時(shí)刻，最后旁路開關(guān)器件組合閘裝置。它可以很大程度上抑制變壓器空載合閘時(shí)產(chǎn)生的勵磁涌流。
文檔編號H01F27/00GK101075498SQ20071003472
公開日2007年11月21日 申請日期2007年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者張鐵軍, 陳剛, 張少云, 張斌, 歐英, 彭勃, 陳雪 申請人:中國南車集團(tuán)株洲電力機(jī)車研究所, 株洲變流技術(shù)國家工程研究中心