CN101414528A - 涌流抑制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种涌流控制装置，这种电力供给系统的控制部(13)响应闭合指令信号(φB)，当在R相的恒定磁通量与残留磁通量一致的时刻接通与R相对应的开关(2)后，在从R相的交流电压的零点延迟预定为0～30度之间的相位角的时刻，接通与S相以及T相对应的开关(3、4)，从而以使S相与T相的各自的恒定磁通量与残留磁通量之差为最低限度。因此，能够在带有极间电容器(5～7)的三相断路器(1)接通时抑制流入三相变压器(8)的励磁涌流。

Description

涌流抑制装置
技术区域
本发明涉及涌流抑制装置，特别是涉及抑制从三相交流电源通过三相断路器流入三相变压器的励磁涌流的涌流抑制装置。
背景技术
从以往可知，在接通三相断路器时从三相交流电源向三相变压器流入被称为励磁涌流的过渡电流。励磁涌流达到三相变压器的额定电流的数倍至十数倍，导致三相交流电压在瞬间降低等情况的发生。
作为抑制励磁涌流的抑制方法，有如下所述的方法，即检测出三相变压器各相的残留磁通量，当在基准相的恒定磁通量与残留磁通量一致的时刻接通基准相的交流电压之后，当在基准相的交流电压变为0的时刻接通剩下的两个相的交流电压(参照例如日本专利特开2004—208394号公报和特开2006—40566号公报)。
以往的涌流抑制方法，以在基准相的交流电压为0的时刻其余的各相的恒定磁通量与残留磁通量一致为前提。
但是，当在三相断路器中包含的3个开关中的各开关上并联连接极间电容器的情况下，即使断开3个开关，也能够通过3个极间电容器将三相交流电压提供给三相变压器。因此，三相变压器各相的残留磁通量是在直流分量的磁通量上重叠市电频率分量的磁通量。
因此，即使是其余的两个相的残留磁通量的直流分量大致相同，在基准相接通时，其余两个相的残留磁通量也不一定相同。在其余的两个相的残留磁通量存在差异的状态下，如果其余两个相在上述时刻接通，则其余各相的恒定磁通量与残留磁通量不一致，导致流过较大的励磁涌流。
因此，本发明的主要目的在于：提供一种当带有极间电容器的三相断路器接通时，能够抑制流入三相变压器的励磁涌流的涌流抑制装置。
发明内容
本发明的涌流抑制装置，它是抑制从三相交流电源通过三相断路器流入三相变压器的励磁涌流的涌流抑制装置，三相断路器是包含3个开关和3个极间电容器的部分。3个开关个的一端子分别从三相交流电源得到三相交流电压，它们的另一个端子分别连接于各三相变压器的三相初级绕组的3个输入端子，3个极间电容器分别并联连接于所述3个开关。当三相断路器闭合时，三相变压器的各相产生恒定磁通量，当三相断路器断开时，在三相断路器的各相产生残留磁通量。该涌流抑制装置具备电压测定部、残留磁通量运算部、以及控制部。电压测定部测定与三相中的基准相对应的开关的另一个端子的电压。残留磁通量运算部根据三相断路器断开时电压测定部的测定结果来求出三相变压器的基准相的残留磁通量。控制部响应闭合指令信号，当在基准相的恒定磁通量与利用残留磁通量运算部所求出的残留磁通量一致的时刻使与基准相对应的开关接通之后，在从基准相的交流电压的零点仅延迟预定为0～30度之间的相位角的时刻，接通其余的两个开关，从而使得基准相以外的各相的恒定磁通量与残留磁通量之差为最低限度。
在本发明的涌流抑制装置中，当在基准相的恒定磁通量与残留磁通量一致的时刻接通与基准相对应的开关之后，在从基准相的交流电压的零点仅延迟预定为0～30度之间的相位角的时刻，接通其余的两个开关，从而使得基准相以外的各相的恒定磁通量与残留磁通量之差为最低限度。因此，由于基准相的残留磁通量与恒定磁通量一致，且其余各相的残留磁通量与恒定磁通量之差为最低限度，因此能够抑制在带有极间电容器的三相断路器接通时流入三相变压器的励磁涌流。
本发明的上述目的以及其他目的、特征、局面以及优点，从与附图相关而理解的关于本发明的下述详细说明中能够更清楚了解。
附图说明
图1是本发明一实施形态的电力供给系统的主要部分的电路框图。
图2A～2D是说明图1所示的电力供给系统的励磁涌流抑制方法用的时序图。
图3表示图1所示的S相和T相的开关的接通相位角度与励磁涌流的关系。
图4A和图4B是说明图1所示的R相开关的接通时刻用的时序图。
具体实施方式
图1是本发明一实施形态的电力供给系统的主要部分的电路框图。在图1中，该电流供给系统具备三相断路器1和三相变压器8。三相断路器1是在电力供给系统发生某种事故时切断电力供给以保护电力供给系统的装置，包含3个开关2～4和3个极间电容器5～7。
开关2～4的一个端子分别接受来自三相交流电源(未图示)的R相、S相、T相的交流电压。3个开关2～4能够分别独立地控制。在通常工作时，开关2～4闭合以进行电力供应。在电力供给系统发生某种事故时，开关2～4断开以切断电力供给。
3个极间电容器5～7分别并联连接于3个开关2～4。极间电容器5～7是以缓和在发生近距离线路故障切断时的过渡恢复电压(TRV；Transient RecoveryVoltage：瞬变回复电压)的上升率等为目的而设置的。
三相变压器8是将由三相交流电源提供的三相交流电压降低到所希望的电压以提供给负载用的变压器，包含星形连接且中性点接地的三相初级绕组9、以及三角连接的三相次级绕组10。三相初级绕组9的3个输入端子分别连接于开关2～4的另一个端子。三相次级绕组10的3个输出端子连接于负载(例如三相电动机)。还有，在三相断路器闭合时，在三相变压器的各相产生恒定磁通量，在三相断路器断开时，在三相变压器的各相产生残留磁通量。
又，该电力供给系统具备电压测定部11、残留磁通量运算部12、以及控制部13。电压测定部11连续测定开关2～4的另一个端子(即三相变压器8的三相初级绕组9的3个输入端子)的电压瞬时值。电压测定部11的测定值被提供给残留磁通量运算部12和控制部13。残留磁通量运算部12对三相断路器1断开前后电压测定部11的测定值进行积分，从而求出三相变压器8各相的残留磁通量。
控制部13响应断开指令信号φA，在三相中的基准相(在这里设置为R相)的交流电压从正电压变为负电压时的零点，使3个开关2～4同时断开。借助于此，可以将三相变压器8的R相的残留磁通量的直流分量设定为正规定值K，将S相和T相的残留磁通量的直流分量设定为大约—K/2。
又，控制部13响应闭合指令信号φB，当在R相的恒定磁通量与利用残留磁通量运算部12所求出的残留磁通量一致的时刻接通与R相对应的开关2之后，在从R相的交流电压的零点仅延迟预定为0～30度之间的相位角的时刻，接通剩下的两相的开关3、4，从而使得S相与T相各自的恒定磁通量与残留磁通量之差为最低限度。
又，控制部13根据三相断路器1闭合时电压测定部11的测定值，在内部产生与三相交流电压同步的正弦波信号，并根据该正弦波信号，求出各相的零点时刻、恒定磁通量值、恒定磁通量与残留磁通量一致的时刻、从各相的相位零点仅延迟规定的角度θ后的时刻等。
还有，所谓开关2～4闭合，是指开关2～4的触头机械接触。从控制部13指示开关2～4闭合到开关2～4实际闭合需要规定的闭合时间。又，已知在断路器1中开关2～4闭合之前通过预放电使电流开始流动。所谓接通开关2～4，是说使由于预放电而产生的电流流入开关2～4。从控制部13指示开关2～4闭合到开关2～4接通需要规定的接通时间。又，从控制部13指示开关2～4断开到开关2～4实际断开需要规定的断开时间。控制部13考虑上述闭合时间、接通时间、断开时间，并且在上述时刻控制开关2～4。
又，断开指令信号φA以及闭合指令信号φB从例如检测电力供给系统事故的发生和恢复的事故检测装置输出。另外，残留磁通量运算部12以及控制部13用计算机等构成。
图2A～2D是说明图1所示的电力供给系统的涌流抑制方法用的时序图。特别地，图2A表示用三相交流电源生成的三相交流电压的波形，图2B表示由电压测定部11所测定的三相变压器8的输入电压的波形。又，图2C以实线表示用残留磁通量运算部12对图2B所示的三相变压器8的输入电压进行时间积分而得到的三相变压器8的各相的残留磁通量，同时以虚线表示对图2A所示的三相交流电压进行时间积分而得到的三相变压器8各相的恒定磁通量。又，图2D表示将图2C的时间轴放大后的情况。
在开关2～4闭合的情况下，图2A所示的三相交流电压被施加到三相变压器8的三相初级绕组。在这种情况下，图2C的用虚线表示的恒定磁通量在三相变压器8上产生。三相交流电压用相位逐个偏移120度的3个正弦波表示。因为恒定磁通量是对交流电压进行时间积分后得到的，因此恒定磁通量的相位比交流电压的相位超前90度。各相的交流电压以及恒定磁通量的波形以及零点的时刻由控制部13来掌握。
图2A是参考图，在图2B～图2D中，在A点之前的期间，开关2～4断开。即使开关2～4断开，由于在开关2～4上分别并联连接着极间电容器5～7，所以三相交流电压通过极间电容器5～7被施加到三相变压器8的三相初级绕组9。这时，三相交流电压的相位由于极间电容器5～7而延迟90度，三相交流电压的振幅由于极间电容器5～7减小。
又，这时，图2C的用实线所示的残留磁通量由三相变压器8来产生。通过在上述定时断开开关2～4，R相的残留磁通量成为正直流分量上重叠交流分量的磁通量，S相和T相的残留磁通量成为在负直流分量上重叠交流分量的磁通量。
如果闭合指令信号φB从事故检测器输出，则控制部13在R相的恒定磁通量与残留磁通量一致的时刻(A点)使开关2接通。还有，控制部13为了在该时刻使开关2接通，在比该时刻只早接通时间的时刻，使开关2开始进行闭合动作。如果开关2接通，R相的磁通量在瞬间变为恒定磁通量。借助于此，发生R相磁通量的过渡现象，从而能够防止励磁涌流流入R相。
另一方面，S相和T相的残留磁通量如图2C所示，由于交流成分的相位互相偏离120°，因此即使直流成分大致相同，在R相接通的瞬间(A点)，S相的残留磁通量和T相的残留磁通量之间也会产生差异。又，在A点以后，S相和T相的相位与R相偏离180°而实现一致，但是S相与T相的磁通量的绝对值不一致。
在该状态下，如上述专利文献1、2所示，如果在R相的交流电压的零点(图中与B点的时刻对应的点)将与S相和T相对应的开关3、4接通，则在S相和T相中的至少一相中，恒定磁通量与残留磁通量不一致，因而发生磁通量的过渡现象而产生励磁涌流。
根据本申请的发明人的专心研究，当在A点接通R相的开关2之后，S相与T相的磁通量的绝对值之差是因极间电容器5～7的影响而产生的。在不存在极间电容器5～7的情况下，在A点以后，S相的磁通量与T相的磁通量之和成为R相的磁通量，S相与T相的磁通量的绝对值均为R相的磁通量的绝对值的1/2。
在存在极间电容器5～7的情况下，在A点以后，S相的磁通量与T相的磁通量之和成为R相的磁通量，S相的磁通量的绝对值变得比T相的磁通量的绝对值要小。最初接通的基准相(例如R相)的下面相序的相(在这种情况下是S相)的磁通量的绝对值比再下一个相序的相(在这种情况下是T相)的磁通量的绝对值要小。因此，通过在比B点相位延迟0～30°之间的规定角度(在图中为15°)的时刻(C点)，接通S相和T相的开关3、4，能够使S相和T相的恒定磁通量与残留磁通量的之差降低到最低限度，并且能够防止励磁涌流的产生。
图3表示在实用范围内在大、中、小3个阶段改变极间电容器5～7的电容量的情况下的、S相和T相的开关3、4的接通相位角(度)与励磁涌流的关系。将在图2A～2D的B点接通的情况下的角度设置为0°。从该图3可知，从B点延迟0～30°，更理想的是延迟5～20°，然后接通开关3、4，通过这样能够将励磁涌流抑制到最低限度。
又，通过进行同样的实验，可以了解到在极间电容器5～7的各电容量为0～2000pF的情况下，从B点只使相位角延迟0～10°之间的相位角度再将开关3、4接通，通过这样能够将励磁涌流抑制到最低限度。
又，可知在极间电容器5～7的各电容量为2000～6000pF的情况下，通过从B点只使相位角延迟10～20°之间的相位角再将开关3、4接通，通过这样能够将励磁涌流抑制到最低限度。
又，可知在极间电容器5～7的各电容量为6000～12000pF的情况下，通过从B点只使相位角延迟20～30°之间的相位角再将开关3、4接通，通过这样能够将励磁涌流抑制到最低限度。还有，在本实施形态中，从分析上可知如果将极间电容器5～7的各电容量设置为12000pF以上，则变压器8的铁芯发生磁饱和，且不容易得到抑制励磁涌流的效果。
还有，R相的开关2的接通最好是在R相的交流电压的绝对值增大的期间进行。图4A是表示R相的恒定磁通量与残留磁通量的时序图，图4B是表示R相的交流电压的绝对值的时序图。但是，为了简化说明，将残留磁通量设置为一定值。
在图4A和图4B中，R相的恒定磁通量与残留磁通量，在恒定磁通量的峰值前侧的E点和恒定磁通量的峰值后侧的F点这两点上一致。在这里，在图4B中写入通过E点的RDDS(Rate of Decay of Dielecrtic Strength；绝缘强度衰减率)曲线21和通过F点的RDDS曲线22。RDDS曲线21、22与时间轴交叉的时刻t1、t2表示开关2机械闭合的时刻。换句话说，在比时刻t1、t2仅早开关2的闭合时间的时刻，如果控制部13发出使开关2闭合的指示，则分别在E点和F点产生预放电，从而接通开关2。
但是，由图4B可知，通过F点的RDDS曲线22与表示交流电压的绝对值的曲线只在F点交叉，但是RDDS曲线21与表示交流电压的绝对值的曲线在D点和E点这两点上交叉。因此，如果在R相的恒定磁通量与残留磁通量一致的E点将开关2接通，则即使是向开关2发出闭合指示以便在时刻t1能够闭合开关2，也不限于在E点接通开关2，在D点也能够接通。当在D点将开关2接通的情况下，R相的恒定磁通量与残留磁通量不一致，因而发生磁通量的过渡现象而导致有励磁涌流流入。
另一方面，如果在R相的恒定磁通量与残留磁通量一致的F点将开关2接通，则在时刻t2向开关2发出闭合指示以使开关2闭合的情况下，开关2一定要在F点接通。当在F点使开关2接通的情况下，R相的恒定磁通量与残留磁通量一致，磁通量的过渡现象不会发生，并且不会有励磁涌流流入。
由上面所述可知，R相的开关2的接通，比起在R相的交流电压的绝对值减少的期间的E点进行，最好是在R相的交流电压的绝对值增大的期间的F点进行更为理想。
上面对本发明进行了详细说明，但是这只是用于例示，不能认为是限定，应该清楚地理解为发明的范围根据说明书附属的权利要求书来进行解释。

Claims (4)

1.一种抑制从三相交流电源通过三相断路器流入三相变压器的励磁涌流的涌流抑制装置，其特征在于，
所述三相断路器包含3个开关和3个极间电容器，
所述3个开关的一个端子从所述三相交流电源分别接受三相交流电压，它们的另一个端子与所述三相变压器的三相初级绕组的3个输入端子分别连接，所述3个极间电容器分别与所述3个开关并联连接，
所述三相断路器闭合时，在所述三相变压器的各相产生恒定磁通量，所述三相断路器断开时，在所述三相断路器的各相产生残留磁通量，
所述涌流抑制装置具备：
测定与三相中的基准相对应的开关的另一个端子的电压的电压测定部；
根据所述三相断路器断开时所述电压测定部的测定结果来求出所述三相变压器的所述基准相的残留磁通量的磁通量运算部；以及
对闭合指令信号作出响应，当在所述基准相的恒定磁通量与利用所述残留磁通量运算部所求出的残留磁通量一致的时刻接通与所述基准相对应的开关后，在从所述基准相的交流电压的零点延迟0～30度之间的预定的相位角的时刻，接通其余的两个开关，从而使得所述基准相以外的各相的恒定磁通量与残留磁通量之差为最低限度的控制部。
2.根据权利要求1所述的涌流抑制装置，其特征在于，
所述预定的相位角相应于所述3个极间电容器的各自的电容值而增大。
3.根据权利要求2所述的涌流抑制装置，其特征在于，
当所述3个极间电容器的各自的电容值在2000pF以下的情况下，所述预定的相位角设定为在0～10度之间的值，
当所述3个极间电容器的各自的电容值在2000～6000pF的情况下，所述预定的相位角设定为在10～20度之间的值，
当所述3个极间电容器的各自的电容值在6000pF以上的情况下，所述预定的相位角设定为在20～30度之间的值。
4.根据权利要求1所述的涌流抑制装置，其特征在于，
所述控制部在所述基准相的交流电压的绝对值增大期间，在所述基准相的恒定磁通量与残留磁通量一致的时刻，使与所述基准相对应的开关接通。
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