CN102983549A

CN102983549A - 具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统

Info

Publication number: CN102983549A
Application number: CN2012104860794A
Authority: CN
Inventors: 白保东; 陈德志; 李宝鹏; 杜宁
Original assignee: Shenyang University of Technology
Current assignee: Shenyang University of Technology
Priority date: 2012-11-26
Filing date: 2012-11-26
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-11-26
Also published as: CN102983549B

Abstract

本发明涉及一种具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统，包括与电网连接的电抗器、PWM可控整流器、单相逆变器、电容、正向充磁控制接触器、反向充磁控制接触器、退磁控制接触器和CPU，PWM可控整流器、单相逆变器、正向充磁控制接触器、反向充磁控制接触器、退磁控制接触器均与CPU相连接。本系统利用了对两相磁性材料磁特性的转换的功能，使变压器自身具有抑制直流偏磁的能力。克服了传统的抑制直流偏磁方法所带来的不足，保证了变压器中性点的可靠接地，提高了电力网及变压器安全运行的可靠性，对整个电力系统具有重大的实际意义。

Description

具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别涉及一种具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统以抑制变压器的直流偏磁，同时该装置也可用来实现两相磁性材料、半硬磁合金的磁特性转换和应用在可控电抗器中。

背景技术

随着电力电子技术，计算机技术和控制理论的迅速发展，使高压直流输电技术日趋完善。在大功率远距离输电、海底电缆和交流系统间异步连接等方面，直流输电有许多独特的优越性。截至1996年低，世界上已投入运行的直流工程就有56项，输电容量达54.166GW 。随着我国“西电东送，南北互供，全国联网”的电力发展总方针，直流输电技术将会在全国电网互联中起到重要作用。目前直流输电在我国已经得到了长足的发展和应用，我国从自行建成的舟山100KV海底电缆直流输电开始，至今以先后建成三峡至常州500KV直流输电工程、天广500KV直流输电工程、贵广500KV直流输电工程。直流输电在一定条件下，是具有很大的经济效益。然而在实际运行中发现, 当直流输电系统采用大地作为回路的运行方式时, 巨大的直流电流以大地构成回路, 从大地中流过时会对附近的交流系统产生影响。其对交流系统的影响主要是由接地极附近中性点直接接地的变压器直流偏磁所引起的。

在高压直流输电中，线路一般都采用单极大地回路的方式运行，例如天广输电网就是采用这种运行方式，直流单极大地回路运行时，部分交流变压器会受到直流偏磁的影响，会使得电网部分变压器振动加剧，噪声增加，励磁电流畸变，三广直流输电线路投运以后类似事件一直出现。在贵广直流线路中，2004年5月的监测记录表明，贵广直流输电线路单极大地回路运行方式下，春城站主变压器中性点直流电流达34.5A，噪声达93.9dB，谐波电压总畸变率达2.1%。三峡龙泉——江苏政平500kV直流输电系统自2002年12月调试和试运行以来，常州武南变电站两组500KVA主变压器均出现噪声大幅度上升(上升20dB)。

此外，除了高压直流输电工程可以引起直流偏磁现象外，地磁磁暴同样也可以引起变压器的直流偏磁。由文献可以看出，引发电力变压器直流偏磁的还有地磁感应电流(GIC)。地磁暴发生时，极电流产生的磁场和地球磁场相互作用在地球表面产生感应电势(ESP)，该感应电势可达每公里1～10V或更高。该地面电势将在长距离输电系统，特别是东西走向的输电线路中的接地变压器间诱发地磁感应电流。该感应电流的频率在0.001~0.1Hz之间，与交流系统的50Hz工频相比可近似看作直流。

1989年3月13日，磁暴引起的偏磁电流导致了加拿大魁北克电网的大停电，起因是偏磁电流使变压器铁心急剧饱和，谐波大增，导致电网SVC装置的继电保护误动作，大量电容器退出运行，系统电压崩溃，最终失去9500MW负荷，电网解列近9个小时。因此，研究变压器的直流偏磁现象的抑制方法和措施对电力系统安全运行是事在必行的。

在电网中，很多变压器都会受到了直流偏磁电流的影响，受到影响的变压器有的是在换流器直流接地极附近，有的却是远离直流接地极，还有的却是在东西走向输电线路中。但有一点是肯定的，那就是变压器直流偏磁现象是由流入其中性点的直流电流引起的。直流电流在两接地变压器间产生电位差，电流由一变压器接地中性点流入，从另一个变压器中性点流出。流过变压器绕组的直流电流引起变压器的偏磁造成变压器铁心饱和，励磁电流畸变，产生大量谐波，无功损耗增加，甚至还可能引起系统电压严重降低，系统继电器误动作等等。所以研究直流偏磁的抑制是势在必行的。

目前，对应于大地直流电位引起直流偏磁采取的抑制方法主要有四种：中性点串小电阻法、电容隔直法、电位补偿法及直流电流反向注入法。

但是，各种方法都存在一定的问题。小电阻限流法无法完全消除中性点直流电流，有时候不得不采用较大阻值的电阻，这有可能影响主变压器中性点绝缘强度；电容隔直法虽然能够较好地消除中性点直流电流，但影响变压器的有效接地，对主变压器中性点绝缘强度要求较高，应对电网短路故障能力较差；中性点注入反向电流限制法需要另外建补偿接地极，补偿地极的选取极其困难。并且在远距离输电系统，补偿电流的效率将降低，直流发生器的功率将倍增，大电流入地也加重了地网负担，加速接地网腐蚀，应用成本极高；电位补偿法耗电量大，装置较昂贵，补偿地极的选取也较困难。

因此，本发明提出的一种具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统，能够使具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器的显著优点（从自身设计的角度出发，在变压器内部建立有效的结构体系，实现抑制变压器直流偏磁，不改变电力变压器外电路（特别是中性点）的连接）得以实现。将有可能从根本上解决直流偏磁问题，并能够保证变压器安全运行。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统，用于实现两相磁性材料的转换，将此功能用于具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器上，目的在于抑制变压器直流偏磁。

技术方案：本发明是通过以下技术方案实施的：

具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统，与具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器相连接，其特征在于：所述系统主要由与电网连接的电抗器、PWM可控整流器、单相逆变器、电容、正向充磁控制接触器、反向充磁控制接触器，退磁控制接触器依次连接构成，PWM可控整流器连接单相逆变器，正向充磁控制接触器及反向充磁控制接触器连接PWM可控整流器，退磁控制接触器连接单相逆变器；PWM可控整流器、单相逆变器、正向充磁控制接触器、反向充磁控制接触器、退磁控制接触器均与CPU相连接；具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器内设有两相磁性材料、控制绕组和霍尔电流传感器，两相磁性材料绕制在控制绕组上并与控制系统相连，霍尔电流传感器与CPU相连接。

PWM可控整流器是由第一IGBT与第一续流二极管构成的三相桥式连接组成。

单相逆变器是由第二IGBT与第二续流二极管构成的单相桥式连接组成。

优点和效果：

本发明可以实现两相磁性材料磁特性的转换功能，将此功能用于具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器中可以有效对直流偏磁进行抑制，克服了传统抑制直流偏磁方法所带来的不足，保证了变压器中性点的可靠接地，提高了电力网及变压器安全运行的可靠性，节电效果明显，对整个电力系统具有重大的实际意义。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

附图标记说明：

1、电网，2、电抗器，3、PWM可控整流器，4、IGBT，5、续流二极管，6、单相逆变器，7、IGBT，8、续流二极管，9、电容，10、正向充磁控制接触器，11、反向充磁控制接触器，12、退磁控制接触器，13、CPU，14、两相磁性材料，15、控制绕组，16、霍尔电流传感器，17、具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行具体说明：

本发明是一种具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统，如图1中所示，与具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器17相连接，其特征在于：

所述系统主要由与电网1连接的电抗器2、PWM可控整流器3、单相逆变器6、电容9、正向充磁控制接触器10、反向充磁控制接触器11，退磁控制接触器12依次连接构成，PWM可控整流器3连接单相逆变器6，正向充磁控制接触器10及反向充磁控制接触器11连接PWM可控整流器3，退磁控制接触器12连接单相逆变器6；PWM可控整流器3、单相逆变器6、正向充磁控制接触器10、反向充磁控制接触器11、退磁控制接触器12均与CPU13相连接；具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器17内设有两相磁性材料14、控制绕组15和霍尔电流传感器16，两相磁性材料14绕制在控制绕组15上并与控制系统相连，霍尔电流传感器16与CPU13相连接。

PWM可控整流器3是由第一IGBT 4与第一续流二极管5构成的三相桥式连接组成。

单相逆变器6是由第二IGBT 7与第二续流二极管8构成的单相桥式连接组成。

该控制系统可以实现两相磁性材料14的特性转换，即永磁特性与软磁特性的转换。两相磁性材料14开始呈现软磁特性，当两相磁性材料14需要进行磁特性转换时，由控制系统发出高频脉冲信号，对两相磁性材料14进行充磁，两相磁性材料14即可呈现永磁特性；同理，对两相磁性材料14进行退磁处理时，两相磁性材料14又可恢复到初始状态呈现软磁特性。

具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统用于具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器17时，当具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器17发生直流偏磁时，由于偏磁电流使变压器铁心磁通发生变化，通过霍尔电流传感器16对偏磁电流（磁通）进行检测，将检测到的信号送入CPU13，CPU13控制正向充磁控制接触器10或者反向充磁控制接触器11吸合，同时控制PWM可控整流器3产生直流电压，直流电压通过控制绕组15产生补偿电流（磁通），该磁通与偏磁磁通大小相等，方向相反。最后，CPU 13控制正向充磁控制接触器10或者反向充磁控制接触器11断开，同时控制PWM可控整流器3停止工作，进而达到断电对具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器17进行直流偏磁的抑制，完成了对变压器直流偏磁现象的检测和消除。节能效果显著；当直流偏磁消失时，通过霍尔电流传感器16对励磁电流的检测，将检测到的信号送入CPU 13，CPU 13控制退磁控制接触器12吸合，并控制单相逆变器6产生交流电压，交流电压通过控制绕组15产生退磁电流（磁通），进而对两相磁性材料14进行从硬磁特性到软磁特性的转换。当两相磁性材料14表征为软磁特性后，CPU 13控制退磁控制接触器12断开，单相逆变器6停止工作，完成整个工作过程。

本发明这种具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统利用了对两相磁性材料磁特性的转换的功能，使变压器自身具有抑制直流偏磁的能力。克服了传统的抑制直流偏磁方法所带来的不足，保证了变压器中性点的可靠接地，提高了电力网及变压器安全运行的可靠性，对整个电力系统具有重大的实际意义。

Claims

1.具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统，与具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器（17）相连接，其特征在于：所述系统主要由与电网（1）连接的电抗器（2）、PWM可控整流器（3）、单相逆变器（6）、电容（9）、正向充磁控制接触器（10）、反向充磁控制接触器（11），退磁控制接触器（12）依次连接构成，PWM可控整流器（3）连接单相逆变器（6），正向充磁控制接触器（10）及反向充磁控制接触器（11）连接PWM可控整流器（3），退磁控制接触器（12）连接单相逆变器（6）；PWM可控整流器（3）、单相逆变器（6）、正向充磁控制接触器（10）、反向充磁控制接触器（11）、退磁控制接触器（12）均与CPU（13）相连接；具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器（17）内设有两相磁性材料（14）、控制绕组（15）和霍尔电流传感器（16），两相磁性材料（14）绕制在控制绕组（15）上并与控制系统相连，霍尔电流传感器（16）与CPU（13）相连接。

2.根据权利要求1所述的具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统，其特征在于：PWM可控整流器（3）是由第一IGBT（4）与第一续流二极管（5）构成的三相桥式连接组成。

3.根据权利要求1所述的具有直流偏磁补偿功能的新型电力变压器控制系统，其特征在于：单相逆变器（6）是由第二IGBT（7）与第二续流二极管（8）构成的单相桥式连接组成。