CN103368168A - 自动投切的变压器直流偏磁抑制装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了自动投切的变压器直流偏磁抑制装置及其控制方法，包括以下步骤：步骤一，在系统正常的工作状态下，变压器直流偏磁抑制装置的电容器组将被旁路，变压器中性点直接接地；步骤二，当变压器直流偏磁抑制装置检测到变压器中性点直接接地直流电流大于设定门限时，自动断开旁路开关，电容器被接入到变压器中性点与大地之间，变压器直流偏磁抑制装置工作在电容接地状态下；步骤三，在电容接地状态下，当直流电压小于整定值并延时后，自动转换为直接接地状态；步骤四，在电容器投入运行的过程中变压器中性点同时出现较大的短路故障电流或电容器端电压快速升高，为避免电容器因过载而损坏，电容器会被旁路，变压器中性点直接接地。
Description
技术领域
本发明涉及一种自动投切的变压器直流偏磁抑制装置及其控制方法。
背景技术
直流输电系统采用大地回路运行方式时，从大地中流过的巨大直流电流会对附近的交流系统产生影响，特别是会对中性点直接接地变压器产生比较严重的直流偏磁，这不仅增加了变压器的无功消耗，影响变压器的正常运行，引起继电保护误动，而且还会引起谐波大幅升高，对其他电气设备产生较大影响，从而直接影响到变电站、发电厂的安全运行。
随着我国高压直流输电工程的日益增多，直流输电工程单极投运时间和每年直流输电线路的检修造成的单极大地运行总时间也越来越长，而且直流输电系统大地回线运行方式作为故障应急方式，基本上不可避免，因此，变压器直流偏磁抑制技术越来越受到重视。
申请号为201210215858.0的变压器直流偏磁抑制装置采用了纯硬件的模拟电路保护和微机保护的完全双重化冗余结构，在需要投入或断开的时候，可以实现手动投切，不能自动投切。由于现有关于抑制直流偏磁的产品没有自动投切功能，在系统正常运行时是投入运行的，可能会对电网造成不良影响。本专利通过变压器中性点直流电流和电压作为门限值来控制直流偏磁抑制装置的自动投切。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种自动投切的变压器直流偏磁抑制装置及其控制方法，该方法使原有装置实现了自动投切，只有在变压器受直流偏磁影响达到一定程度时才投入运行，当直流偏磁电流消除后会自动退出运行。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
自动投切的变压器直流偏磁抑制装置，包括一组并联的电容器，电容器组的一个并联端与电容电流互感器TA2串联；电容电流互感器TA2、直流电流互感器DCTA和旁路开关电流互感器TA1均通过公共线与测控保护单元连接；
旁路开关电流互感器TA1与电容器组另一并联端间并联有电压互感器TV1、电压互感器TV2、直流电压互感器DCTV、放电间隙FD和旁路机械开关QF，同时旁路机械开关QF两端还并联有电抗器L1-L3以及与电抗器L1-L3分别串联的反向并联的晶闸管T1-T6及其触发电路；
电压互感器TV1、电压互感器TV2、直流电压互感器DCTV和晶闸管T1-T6触发电路还与测控保护单元连接。
直流电流互感器DCTA与接地端连接，电容器组一个并联端通过装置投切刀开关K1与变压器220kV侧连接。
直流电压互感器DCTV，用于监测电容器两端直流电压大小，测控保护单元具有自动控制功能。
投切刀开关与电容器组之间、电容器组与接地极之间采用电缆连接；进线电缆的电压等级与变压器中性点电压等级相同，接地电缆应做好防腐措施与接地极相连。
自动投切的变压器直流偏磁抑制装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤一，在系统正常的工作状态下，变压器直流偏磁抑制装置的电容器组将被旁路，变压器中性点直接接地；
步骤二，当变压器直流偏磁抑制装置检测到变压器中性点直接接地直流电流大于设定门限时，自动断开旁路开关，电容器被接入到变压器中性点与大地之间，变压器直流偏磁抑制装置工作在电容接地状态下；
步骤三，在电容接地状态下，当直流电压小于整定值并延时后，自动转换为直接接地状态；
步骤四，在电容器投入运行的过程中变压器中性点同时出现较大的短路故障电流或电容器端电压快速升高，为避免电容器因过载而损坏，电容器会被旁路，变压器中性点直接接地。
所述步骤三中在电容接状态下，测控保护单元次实时检测流过单元TA2的电流值和电容器两端的端电压Uc的值，当TA2的电流值或Uc的电压值超过设定定值时，控制器发出SCR导通和QF闭合命令，使装置由电容接地工作方式转到保护工作方式，转换动作时间小于20μs；
所述SCR导通持续一定时间后关断，QF保持闭合，变压器直流偏磁抑制装置转为直接接地工作方式；
所述在直接接地工作方式时，即QF闭合时，且SCR关断，当流过DCTA的直流电流大于直流电流设定限值，流过TA1的交流电流小于交流电流设定限值，电容器端电压Uc不超过电压设定限值时，QF断开，变压器直流偏磁抑制装置转为电容接地工作方式，直接接地工作方式至电容接地工作方式转换时间：小于700ms。
所述在电容接地工作方式时，即QF断开，且SCR关断，若当DCTV的直流电压小于直流电压设定限值，控制器延时到达设定值时，QF闭合，控制器自动使变压器直流偏磁抑制装置转为直接接地工作方式。
利用电容器隔直流、通交流的电气特性，在主变中性点与接地极之间串联装设电容器后，可以有效地消除流过变压器中性点的直流电流，并且不影响中性点的交流电流经电容器接地。在一些非正常的情况下，比如交流故障、雷击等，主变压器中性点会流过很大的接地电流，并产生幅值很高的暂态电压，有可能会损坏电容器，在电容器两端并联一个电流旁路回路，当电容器两端电压或者流过电容器的电流超过规定值后，电流通过旁路保护回路流过，从而将电容器旁路，限制了电容器两端的暂态电压幅值。
变压器直流偏磁抑制装置接入到变压器中性点后，为了不影响系统，在系统正常运行状态下，装置的电容器将被旁路，变压器中性点直接接地。如果变压器中性点出现直流电流，电容器将会自动投入；如果在电容器投入运行的过程中变压器中性点同时出现较大的短路故障电流或电容器端电压快速升高，电容器会被旁路，中性点直接接地，从而避免电容器因过载而损坏。
直接接地最大承受电流：40kA有效值；电容接地交流对地容抗：小于1.2Ω。
变压器直流偏磁抑制装置的三种工作状态，直接接地工作状态：即旁路开关QF闭合，T1-T6断开，电容器被旁路，变压器中性点直接接地。电容接地工作状态：即旁路开关QF断开，T1-T6断开，变压器中性点经电容器接地，装置起到抑制直电流的作用。保护工作状态：即T1-T6导通，QF闭合，电容器被旁路，变压器中性点直接接地。
本发明的有益效果：实现了变压器直流偏磁抑制装置的自动投切，在系统正常运行状态下变压器直流偏磁抑制装置的电容器处于被旁路状态，当系统受直流偏磁影响达到一定程度时才自动投入运行。直接接地最大承受电流：40kA有效值；电容接地交流对地容抗：小于1.2Ω；直接接地至电容接地转换时间：小于700ms；电容接地至保护工作方式转换时间：小于20μs；电容接地至直接接地电压保护整定：300V～2700V，可设置。
附图说明
图1变压器直流偏磁抑制装置原理示意图；
图2变压器直流偏磁抑制装置的控制程序主流程框图；
图3电容接地工作方式转到保护工作方式逻辑图；
图4保护工作方式转为直接接地工作方式逻辑图；
图5直接接地工作方式转为电容接地工作方式逻辑图；
图6电容接地工作方式转为直接接地工作方式逻辑图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明进行详细说明：
如图1所示，自动投切的变压器直流偏磁抑制装置，包括一组并联的电容器，电容器组的一个并联端与电容电流互感器TA2串联；电容电流互感器TA2、直流电流互感器DCTA和旁路开关电流互感器TA1均通过公共线与测控保护单元连接；
旁路开关电流互感器TA1与电容器组另一并联端间并联有电压互感器TV1、TV2、直流电压互感器DCTV、放电间隙FD和旁路机械开关QF，同时旁路机械开关QF两端还并联有电抗器L1-L3以及与电抗器L1-L3分别串联的反向并联的晶闸管T1-T6及其触发电路；
电压互感器TV1、TV2、直流电压互感器DCTV和晶闸管T1-T6触发电路还与测控保护单元连接。
直流电流互感器DCTA与接地端连接，电容器组一个并联端通过装置投切刀开关K1与变压器220kV侧连接。
如图2所示，在系统正常的状态下，即过程0；过程0:控制回路检测各个状态量，包括DCTA（变压器中性点直流电流）、DCTV（电容器两端直流电压）、电容器两端的交流电压（TV1和TV2）、电容器两端的交流电流（TA2），旁路开关的交流电流（TA1）；经过一定时间的延迟，根据过程0的检测数值，当满足直接接地工作的条件时，进入过程1:转直接接地工作状态，当满足电容接地工作的条件时，进入过程2:转电容接地工作状态；当满足保护工作条件时，进入过程3:转保护工作状态；过程1、过程2和过程3是根据过程0搜集到的信息随机选取的。
如图3所示，在电容器接地工作方式时，控制器实时检测流过单元TA2的电流值和电容器两端的端电压Uc的值，当TA2的电流值或Uc的电压值超过设定定值时，控制器发出SCR导通和QF闭合命令，使装置由电容接地工作方式转到保护工作方式
如图4所示，SCR导通持续一定时间后关断，QF保持闭合，装置转为直接接地工作方式。
如图5所示，在直接接地工作方式，即QF闭合时，当流过DCTA的直流电流大于设定限值，流过TA1的交流电流小于设定限值，电容器端电压Uc不超设定限值时，QF断开，装置转为电容接地工作方式。
如图6所示，装置在电容接地工作方式，即QF断开时，若当DCTV的直流电压小于设定限值，控制器延时到达设定值时，QF闭合，控制器自动使装置转为直接接地工作方式。
直接接地状态转电容接地状态，当装置检测到变压器中性点直接接地直流电流大于设定门限4A时，自动断开旁路开关，电容器被接入到变压器中性点与大地之间，装置工作在隔离直流状态。
电容接地状态转直接接地状态，当装置检测到变压器中性点与大地之间的直流电压小于设定门限3V时，自动合上旁路开关，电容器被旁路，装置工作在直接接地状态。
电容接地转保护工作状态，设转保护工作状态的电压门限值为300V(可设置300V～2700V)，当电容工作电压大于此门限值时，自动转保护工作状态。直接接地最大承受电流：40kA有效值；电容接地交流对地容抗：小于1.2Ω。直接接地至电容接地转换时间：小于700ms；电容接地至保护工作方式转换时间：小于20μs。
Claims (6)
1.自动投切的变压器直流偏磁抑制装置，其特征是，包括一组并联的电容器，电容器组的一个并联端与电容电流互感器TA2串联；电容电流互感器TA2、直流电流互感器DCTA和旁路开关电流互感器TA1均通过公共线与测控保护单元连接；
旁路开关电流互感器TA1与电容器组另一并联端间并联有电压互感器TV1、TV2、直流电压互感器DCTV、放电间隙FD和旁路机械开关QF，同时旁路机械开关QF两端还并联有电抗器L1-L3以及与电抗器L1-L3分别串联的反向并联的晶闸管T1-T6及其触发电路；
电压互感器TV1、电压互感器TV2、直流电压互感器DCTV和晶闸管T1-T6触发电路还与测控保护单元连接；
直流电流互感器DCTA与接地端连接，电容器组一个并联端通过装置投切刀开关K1与变压器220kV侧连接。
2.如权利要求1所述自动投切的变压器直流偏磁抑制装置的控制方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一，在系统正常的工作状态下，变压器直流偏磁抑制装置的电容器组将被旁路，变压器中性点直接接地；
步骤二，当变压器直流偏磁抑制装置检测到变压器中性点直接接地直流电流大于设定门限时，自动断开旁路开关，电容器被接入到变压器中性点与大地之间，变压器直流偏磁抑制装置工作在电容接地状态下；
步骤三，在电容接地状态下，当直流电压小于整定值并延时后，自动转换为直接接地状态；
步骤四，在电容器投入运行的过程中变压器中性点同时出现较大的短路故障电流或电容器端电压快速升高，为避免电容器因过载而损坏，电容器会被旁路，变压器中性点直接接地。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征是，所述步骤三中在电容接地状态下，测控保护单元实时检测流过单元TA2的电流值和电容器两端的端电压Uc的值，当TA2的电流值或Uc的电压值超过设定定值时，控制器发出SCR导通和QF闭合命令，使装置由电容接地工作方式转到保护工作方式，转换动作时间小于20μs。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征是，所述SCR导通持续一定时间后关断，QF保持闭合，变压器直流偏磁抑制装置转为直接接地工作方式。
5.如权利要求4所述的控制方法，其特征是，所述在直接接地工作方式时，即QF闭合时，且SCR关断，当流过DCTA的直流电流大于直流电流设定限值，流过TA1的交流电流小于设定限值，电容器端电压Uc不超设定限值时，QF断开，变压器直流偏磁抑制装置转为电容接地工作方式，直接接地工作方式至电容接地工作方式转换时间：小于700ms。
6.如权利要求5所述的控制方法，其特征是，所述在电容接地工作方式时，即QF断开时，且SCR关断，若当DCTV的直流电压小于直流电压设定限值，控制器延时到达设定值时，QF闭合，控制器自动使变压器直流偏磁抑制装置转为直接接地工作方式。
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