本發(fā)明屬于變壓器勵磁涌流抑制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種從三角形繞組側(cè)合閘的三相組式變壓器勵磁涌流抑制方法。

背景技術(shù)：

電力變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備之一,其正常工作與否直接關(guān)系到電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定地運行,變壓器由于故障造成損壞后其檢修難度大、檢修周期長，不但會影響電力系統(tǒng)的正常運行,甚至會造成不可估量的經(jīng)濟損失和社會影響。變壓器在空載投入時或外部故障切除后電壓恢復(fù)時,由于鐵芯磁通不能突變，由于電壓突變而產(chǎn)生的暫態(tài)磁通可能導(dǎo)致鐵芯發(fā)生飽和，將會在變壓器電壓突變的一側(cè)產(chǎn)生數(shù)值很大的電流,該電流被稱為勵磁涌流。

變壓器正常工作時勵磁電流很小，而勵磁涌流的幅值可能達到額定電流的6～8倍，一方面可能造成繼電保護誤動作使變壓器投運失敗,另一方面可能使繞組變形影響變壓器使用壽命；同時勵磁涌流中含有的大量諧波分量將會污染電網(wǎng),惡化電能質(zhì)量；對于并列運行或者上級變壓器，勵磁涌流可能誘發(fā)和應(yīng)涌流,干擾鄰近運行變壓器,導(dǎo)致變壓器及斷路器因電動力過大受損,誘發(fā)操作過電壓、損壞電器設(shè)備等后果。因此必須采取措施抑制變壓器的勵磁涌流,從而減少勵磁涌流帶來的種種破壞性后果。

目前抑制變壓器勵磁涌流的方法主要分為以下兩類：1)從內(nèi)部進行控制。即從變壓器鐵芯的勵磁原理出發(fā),通過改變變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以達到削減勵磁涌流的目的,例如改變變壓器原、副邊繞組的分布法等。但該類方法但由于需要改變變壓器的結(jié)構(gòu),這將會帶來其它的問題,如是否會使變壓器的絕緣變壞或影響變壓器的穩(wěn)態(tài)運行等等,使其發(fā)展具有一定的局限性。2)從外部進行控制。即在變壓器外部采取一些補救措施以削減勵磁涌流,例如串聯(lián)電阻法、低壓側(cè)加裝電容器法、軟啟動法和選相合閘技術(shù)等。其中前兩種方法需要投入附加設(shè)備，增加了運行維護成本，第三種方法存在參數(shù)整定及控制問題，勵磁涌流抑制效果欠佳。

選相合閘技術(shù)是隨著開關(guān)技術(shù)的發(fā)展而提出的一種新型電力設(shè)備的關(guān)合手段,也是有效抑制電力系統(tǒng)操作過電壓和涌流以及全面提高電能質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。選相合閘技術(shù)抑制勵磁涌流的原理是控制斷路器動靜觸頭在系統(tǒng)電壓或電流波形的指定相位角時刻進行開關(guān)關(guān)合,使合閘時刻的鐵芯剩磁與由系統(tǒng)電壓決定的預(yù)感應(yīng)磁通相同，從而削弱勵磁涌流。該法從勵磁涌流產(chǎn)生的根本原因一一鐵芯磁通過飽和的角度入手,理論上可以完全消除勵磁涌流。作為新型主流研究方向,該方法對提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性意義深遠,且應(yīng)用前景廣闊。

將該法應(yīng)用于抑制變壓器空載合閘勵磁涌流的關(guān)鍵在于選擇最佳的合閘相位角，即包括對變壓器鐵芯剩磁信息的掌握及相間合閘順序的配合。對于原邊繞組為三角形接線的三相組式變壓器來說，斷路器分閘后三相電流不同期熄弧。首斷相電流過零熄弧后，受到三角形繞組的作用，三相鐵芯磁通進一步變化。由于原邊繞組為三角形接線，首相熄弧斷開后，剩余兩相電流等大反向，同時過零熄弧，剩磁由繞組外加電壓決定(忽略線圈電阻和漏磁通)而不再進一步變化，因此通過監(jiān)測分閘期間末兩相熄弧電壓即可掌握其剩磁信息，據(jù)此確定最佳合閘相角。本發(fā)明充分考慮斷路器的熄弧特性、變壓器鐵芯結(jié)構(gòu)及繞組聯(lián)結(jié)方式等因素的影響，給出了一種針對從三角形繞組側(cè)合閘的三相組式變壓器選相合閘方法，該方法可以很好的抑制變壓器空載合閘產(chǎn)生的勵磁涌流。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種針對從三角形繞組側(cè)合閘的三相組式變壓器空投勵磁涌流抑制方法，該方法只需采樣合閘側(cè)繞組為三角形接法的三相組式變壓器運行時三相電壓電流波形以獲得三相電流熄弧順序及電壓熄弧相角信息，據(jù)此確定合閘順序及合閘電壓相角，即可抑制空載合閘勵磁涌流，相關(guān)參數(shù)易獲取，可以方便的用于實際工程中。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種從三角形繞組側(cè)合閘的三相組式變壓器勵磁涌流抑制方法，包括如下步驟：

步驟1：原邊繞組為三角形接線的三相組式變壓器分閘期間，信號采集裝置通過互感器對三相電壓電流波形進行采樣并記錄；

步驟2：根據(jù)步驟1采樣獲得的三相電流波形，確定三相熄弧順序以及熄弧時間；其中包括首斷相以及同時熄弧的末兩相，所述首斷相是指首先斷開的相，即當某相的電流首先降為零并保持不變，則該相為首斷相，所述末兩相是指首相斷開后同時斷開的兩相；

步驟3：根據(jù)步驟2所得的末兩相電流熄弧時刻td，結(jié)合步驟1采樣獲得的三相電壓波形，記錄末兩相熄弧電壓相角所述以首斷相相電壓正向過零點為參考點，即當首端相于電壓正向過零點熄弧時，

步驟4：收到合閘信號后首先同時對末兩相合閘，合閘電壓相角為延時2～3周波后對首斷相合閘，合閘電壓相角為βh2＝90°或βh2＝270°，所述合閘相角均以首斷相電壓正向過零點為參考點。

所述步驟2中的確定三相熄弧順序以及熄弧時間包括以下步驟：

步驟1：確定首斷相；

首斷相即為首先斷開的一相，根據(jù)斷路器過零點熄弧順序，當某相的電流首先降為零并保持不變即為首斷相；

步驟2：確定末兩相熄弧時刻td；

三相組式變壓器原邊為三角形接法，首斷相熄弧后剩余兩相互為回路，電流大小相等方向相反，故其電流同時過零，熄弧時刻相同，根據(jù)電流錄波波形獲取末兩相熄弧時刻td。

所述步驟3中的確定末兩相熄弧電壓相角包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)電壓錄波波形確定首斷相電壓正向過零點時刻t0；

步驟2：以t0時刻為參考點，計算末兩相熄弧電壓相角為

和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點：

1、相關(guān)參數(shù)易獲取。即該勵磁涌流抑制方法所有參數(shù)均可通過直接測量獲得。

2.相比于傳統(tǒng)選相關(guān)合抑制yd11型三相組式變壓器空投勵磁涌流方法，充分考慮了鐵芯剩磁的影響，勵磁涌流抑制效果更好。

附圖說明

圖1為原邊為三角形接線的三相組式變壓器連接組示意圖。

圖2為本發(fā)明方法的整體方案圖。

圖3為首斷相合閘后三相鐵芯動態(tài)磁通圖。

圖4為仿真模型圖。

圖5為仿真得到的分閘電流波形圖。

圖6為仿真得到的分閘電壓波形圖。

圖7為仿真得到的合閘電壓波形圖。

圖8為仿真得到的合閘電流波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作詳細的說明：

如圖1所示為原邊為三角形接線的三相組式變壓器連接組示意圖，正常運行時原邊對稱且相位互差120°。由于斷路器分閘后電流過零點熄弧特性，三相電流不同期熄弧。由于原邊為三角形接線，首相電流熄弧后(首斷相)，剩余兩相電流等大反向，同時過零熄弧，稱為末兩相。為了說明方便，假設(shè)b相為首斷相。

b相電流熄弧后，a、c相原邊電壓仍為系統(tǒng)電壓ua和uc(忽略系統(tǒng)阻抗及原邊漏抗)，此時繞組c-z和繞組b-y串聯(lián)運行，同時與繞組a-x反并聯(lián)運行，承受壓降為線電壓ua-c＝ua-uc，則此時三相鐵芯磁通同為動態(tài)磁通，直至a、c相電流同時熄弧，三相鐵芯磁通保持不變即為剩磁。

設(shè)b相電源電壓為

ub(t)＝umsin(ωt+α)(1)

其中，um是原邊繞組電壓峰值，ω為電壓角頻率，α為電源電壓初相角，可定義某時刻的電壓相角為

三相電壓對稱，相位互差120°，則a、c相電壓分別為

b相電流熄弧后，對原邊繞組列回路電壓方程為：

其中：r是變壓器一次回路等效電阻，i是變壓器一次回路電流，n1是原邊繞組匝數(shù)，φa-x、φa-x、φc-z分別是繞組a-x、b-y、c-z所匝鏈鐵芯磁通；由于變壓器一次回路等效電阻r很小，常可忽略不計，則有

結(jié)合式(3)化簡得：

兩邊積分得：

圖2為本發(fā)明方法的整體方案圖,圖中：xl表示線路阻抗，tv表示電壓互感器，ta表示電流互感器，qf表示三相斷路器。對三相斷路器qf進行分閘操作，信號采集裝置通過ta及tv采集三相電壓電流波形。通過電流互感器ta和電壓互感器tv采集原邊為三角形接線的三相組式變壓器分閘期間原邊繞組電壓電流信息，該變壓器在三相對稱系統(tǒng)中正常運行時原邊三相電流大小相等，相位互差120°，由于各相斷路器在電流過零時自然分斷，故三相分閘時刻非同期。假設(shè)熄弧順序為b-a(c)，a、c相電壓熄弧電壓相角為結(jié)合式(2)和式(7)可知其三相鐵芯剩磁為

據(jù)此即可確定從三角形繞組側(cè)合閘的三相組式變壓器的合閘順序及最佳合閘相角。

由于原邊繞組為三角形接線，若對其中一相合閘則無電流回路，故首先對其中兩相進行合閘。本發(fā)明首先對末熄弧兩相(a、c)進行同時合閘，合閘回路方程同式(4)所示，則由電源電壓決定的a、c相鐵芯預(yù)感應(yīng)磁通為：

為了使合閘瞬間鐵芯磁通直接進入穩(wěn)態(tài)運行，則要求控制該時刻鐵芯剩磁與預(yù)感應(yīng)磁通相同，即

其中，t1為a、c最佳合閘時間；

結(jié)合式(9)與式(10)有

即有

故選擇a、c相熄弧電壓相角為其合閘相角即可。

如圖3所示，在a、c相合閘后進入穩(wěn)態(tài)運行前，由于鐵芯b-y，c-z剩磁不同，其等效勵磁電感存在差異，因此繞組分壓不同，其動態(tài)磁通存在差異。a、c相合閘2～3周波進入穩(wěn)態(tài)運行后，由于組式變壓器三相磁路的對稱性，b-y，c-z繞組分壓相同，有

其中，ub-y和uc-z分別為b-y，c-z繞組壓降；

由于鐵芯磁通為繞組電壓積分，則鐵芯b-y，c-z動態(tài)磁通有

對b相合閘后的原邊繞組列回路電壓方程(忽略回路電阻r)有

同樣，結(jié)合式(15)對方程兩邊積分，則可知b-y，c-z繞組預(yù)感應(yīng)磁通為

令φ'b-y(t2)＝φb-y(t),φ'c-z(t2)＝φc-z(t)，結(jié)合式(1)和式(3)可得

則可得b相最佳合閘相角為

βb＝90°或βb＝270°(18)

由于三相系統(tǒng)具有對稱性，故a、c相為首斷相時，首斷相及另兩相磁通變化規(guī)律與上述情況相同，因此合閘順序及合閘電壓相角選擇均遵循上述原則。

實施例

圖4為搭建的仿真模型，本仿真模型中變壓器為三相雙繞組變壓器組，額定電壓為345/289kv，額定容量為1209mva，額定空載電流約為2a。通過圖4中i、v采集變壓器原邊繞組電流和電壓波形,控制開關(guān)在電壓波形的不同相角處開斷，觀測原邊繞組電流波形。

仿真得到的分閘電流電壓波形分別如圖5和圖6所示，由圖5可知三相電流熄弧順序為b-a(c)，對照圖6可知a(c)相熄弧電壓相角為

故可確定該變壓器三相合閘順序為a(c)-b，分別帶入公式(12)和(18)可得a、c相最佳合閘電壓相角為βh＝291.6°，b相最佳合閘電壓相角為βb＝90°或βb＝270°。依照上述合閘相角合閘時的電壓電流波形分別如圖7和圖8所示，可以看出合閘期間三相電流幅值均接近穩(wěn)態(tài)空載電流，勵磁涌流被有效抑制。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。