CN102047521B - 变压器的保护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的主题是在高压和中压电网的变压器中发生的铁磁共振状态的衰减方面得到应用的变压器的保护系统。根据本发明的系统包含连接到变压器(2)的次级绕组的端子并且与包含与阻尼负荷(7)串联的开关部件(6)的阻尼电路(4)并联的铁磁共振检测电路(3)。根据本发明的系统包含连接到开关部件(6)的控制块(5)，其特征在于，控制块(5)包含PWM(脉宽调制)发生器。
Description
本发明的主题是在高压和中压电网的变压器中发生的铁磁共振状态的衰减方面得到应用的变压器的保护系统。
从英国专利说明书No.1150865已知一种电容式变压器的可控防铁磁共振电路。该系统包含阻尼负荷(damping burden)、栅控半导体开关和触发部件。半导体开关确保阻尼负荷连接到中压变压器。触发部件确保存在不希望的振荡期间使开关导通。
类似地，从德国专利申请DE 2704112已知一种保护中压变压器的次级绕组的保护系统。这个系统包含阻尼负荷，连接到与开关连接的PTC电阻器。开关由时间元件来控制，对于PTC电阻器的加热时间接通阻尼负荷。
从美国专利说明书No.3401272已知一种用于衰减铁磁共振状态的系统。这个系统包含与变压器的次级绕组的端子以及与阻尼电路连接的铁磁共振检测电路，阻尼电路又包含采取定时网络形式的控制系统、开关部件以及采取电阻器形式的阻尼负载(damping load)。用于连接和断开电阻负载连接的开关部件由时间网络在接收到来自铁磁共振检测系统的相应信号之后来控制。铁磁共振检测系统包含串联的电抗器和电阻器。如果发生变压器磁芯的饱和，则铁磁共振检测系统生成到定时网络的、控制开关部件的信号，开关部件立即连接阻尼负荷。开关系统控制开关部件，其方式是使得电阻负载在20-30个周期的时间段保持连接到变压器的输出端子，同时开关部件的换相余量在这个时间期间连续变化，使得在20-30个周期之后，阻尼负荷变成完全断开连接。在所提供的系统中，来自铁磁共振检测系统的输出信号引起立即连接电阻负载，而与变压器的短期磁芯饱和中间状态或永久铁磁共振状态的发生无关。如果发生变压器的短期磁芯饱和中间状态，则电阻负载由开关部件连接，而没有不同目的。
包含连接到变压器次级绕组端子并且与包含与阻尼负荷串联的开关部件和控制块的阻尼电路并联的铁磁共振检测电路的变压器的保护系统的本质在于如下事实：控制块包含PWM(脉宽调制)发生器，而其输出端与开关部件的控制输入端连接，并且其输入端之一连接到铁磁共振检测电路的一个或多个输出端。
优选地，控制块采取具有PWM(脉宽调制)发生器的微控制器系统的形式。
优选地，铁磁共振检测系统包含串联的电阻器和具有磁芯的电抗器，同时选择电抗器特性，其方式是使得在变压器磁芯饱和的情况下，这个电抗器的磁芯也饱和。
优选地，铁磁共振检测系统包含电阻器电桥，其中具有磁芯的电抗器与它的支路之一并联，以及选择电阻器电阻和这个电抗器的特性，其方式是使得在正常变压器操作条件下，这个电抗器的端子上的电压值低于其饱和水平，电桥对角线上的电压接近0，而在变压器磁芯饱和的情况下，这个电抗器的磁芯也饱和，并且电桥对角线上的电压不同于0。
附图说明
附图中示意示出根据本发明的变压器的保护系统，其中，图1示意示出具有所连接保护系统的变压器，图2是阻尼电路的示意图，图3是本发明的第一实施例中的共振检测系统的示意图，图4是本发明的第二实施例中的共振检测系统的示意图，图5是在发生铁磁共振的情况下的变压器端子上的电压和系统中的电流的特性。
具体实施方式
保护系统1连接到变压器2的次级绕组的输出端子。该系统包含铁磁共振检测系统3，其输入端连接到变压器2的输出端子。具有阻尼电路4的支路与铁磁共振检测系统并联。阻尼电路4包含控制块5，其输出端连接到与阻尼负荷7串联的开关部件6。控制电路包含电源8，电源8通过桥式整流器9连接到阻尼电路4的主端子。电源8的输出端连接到控制块5的功率输入端。控制块的第三输入端通过调节系统10连接到铁磁共振检测系统3的输出端。
电源8与通过下列元件所形成的支路并联：串联的开关部件6和阻尼负荷7。
控制块5包含PWM发生器。控制块优选地采取具有PWM(脉宽调制)发生器的微控制器系统的形式。具有PWM发生器的微控制器系统连接到铁磁共振检测系统3，其方式是使得来自这个系统的输出信号是具有PWM发生器的微控制器系统的输入信号，微控制器系统在对输入信号脉冲进行计数并且识别变压器2中的铁磁共振状态之后启动PWM发生器，从而产生控制开关部件6的高频信号。来自PWM发生器的输出信号的参数是按照编程方案时变的，以便获得阻尼负荷7的逐渐连接和断开连接。
在所示实施例示例中，电源8以及包含阻尼负荷7和开关部件6的支路通过桥式整流器9连接到主阻尼块端子。本发明实施例的其它变体是可能的，其中，电源可通过它自己的例如采取电池形式的供应源来实现，这在图中未示出。还能够将包含阻尼负荷7和开关部件6的支路直接连接到阻尼电路的主端子，其中省略桥式整流器，这在图中未示出。这要求应用具有双向电流的开关部件6。
在第一发明实施例中，铁磁共振检测系统3由串联的电阻器11和具有磁芯的电抗器12来形成。
在第二发明实施例中，铁磁共振检测系统由桥式连接的电阻器11a、11b、11c和11d来形成，其中具有磁芯的电抗器13与支路之一并联。
根据本发明的保护系统的操作如下所述。如果发生变压器2的磁芯的饱和状态，则铁磁共振检测系统3为具有PWM发生器的微控制器系统生成控制脉冲，从时间t1开始，在这个时间期间发生变压器磁芯饱和。具有PWM发生器的微控制器系统的任务是保护系统防止将阻尼负荷不当地连接到变压器3的端子，这可能导致自动保护系统的错误操作。这要求区分变压器磁芯饱和的短暂中间状态与永久铁磁共振状态。为了实现这个方面，具有PWM发生器的微控制器系统在所确定时间间隔对控制脉冲计数，从时间t1开始。在所确定时间间隔超过计数脉冲的所确定数量引起由具有PWM发生器的微控制器系统检测到铁磁共振状态。铁磁共振状态的检测引起在时间t2激活具有PWM发生器的微控制器系统。具有PWM发生器的微控制器系统生成控制开关部件6的高频信号。开关部件6控制信号在PWM发生器中按照编程方案来产生，其方式是使得阻尼负荷7的阻尼电阻值在滤出产生于开关PWM的高频分量之后具有如下时间过程。从时间t2开始到时间t3，阻尼电阻值减小到最小值。从时间t3开始到时间t4，阻尼电阻值保持在恒定水平，此后从时间t4开始到时间t5，阻尼电阻值增加到接近无穷大的值，表征开路状态的开关部件6的电阻与阻尼负荷电阻7之和。在时间间隔t3-t4保持恒定阻尼电阻值是可选的。通过所述方式，经编程的变化过程从连接到变压器2的端子的所得阻尼电阻、并且因而还从阻尼负荷7中流动的电流来得到。这样，避免了过冲的发生，这原本会在阻尼负荷7的立即连接的情况下发生，以及避免了重复感应铁磁共振状态的危险，这原本会在阻尼负荷7的立即断开连接期间发生。
在本发明的第一实施例中，在铁磁共振检测系统3中，具有磁芯的电抗器的特性选择成使得在变压器2的磁芯饱和的情况下，电抗器12的磁芯也饱和。在变压器2的磁芯饱和的情况下发生的电抗器12的饱和引起流经电阻器11的电流的增加。连接电阻器11和电抗器12的节点的电压成为铁磁共振检测系统3的输出信号。
在本发明的第二实施例中，在铁磁共振检测系统3中，选择电阻器电阻和电抗器13的特性，其方式是使得在正常变压器2的操作条件下，电抗器13的端子上的电压值低于饱和水平，电桥对角线上的电压接近0，而在变压器2的磁芯饱和的情况下，电抗器13的磁芯也饱和，并且电桥对角线上的电压不同于0。电桥对角线上的电压则不同于0。该电压成为铁磁共振检测系统3的输出信号。
保护系统设置于印刷电路板上，印刷电路板优选地设置在壳体中并且封闭在其中，从而形成保护变压器的装置。这个装置连接到变压器的外部端子，或者可内置于变压器外壳中并且连接到变压器的内部端子。
Claims (4)
1.一种用于变压器的保护系统，包含连接到变压器次级绕组端子(2)并且与包含与阻尼负荷(7)串联的开关部件(6)和控制块(5)的阻尼电路(4)并联的铁磁共振检测系统(3)，其特征在于，所述控制块(5)包含PWM(脉宽调制)发生器，而其输出端连接到所述开关部件(6)的控制输入端，并且其输入端之一连接到所述铁磁共振检测系统(3)的一个或多个输出端，其中在所确定时间间隔中超过计数脉冲的所确定数量引起检测到铁磁共振状态。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制块(5)采取具有PWM(脉宽调制)发生器的微控制器的形式。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述铁磁共振检测系统(3)包含串联的电阻器(11)和具有磁芯的电抗器(12)，同时选择所述电抗器(11)的特性，其方式是使得在变压器(2)的磁芯饱和的情况下，所述电抗器(11)的磁芯也饱和。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述铁磁共振检测系统包含电阻器(11a，11b，11c，11d)电桥，其中具有磁芯的电抗器(13)与它的支路之一并联，以及选择所述电阻器电阻和所述电抗器(13)的特性，其方式是使得在正常变压器(2)的操作条件下，所述电抗器(13)的端子上的电压值低于其饱和水平，所述电桥对角线上的电压接近0，而在变压器(2)的磁芯饱和的情况下，所述电抗器(13)的磁芯也饱和，并且所述电桥对角线上的电压不同于0。
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