CN103701110A

CN103701110A - 一种基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法

Info

Publication number: CN103701110A
Application number: CN201410010815.8A
Authority: CN
Inventors: 魏巍; 丁理杰; 张华�; 汤凡; 滕予非; 李甘
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Sichuan Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Electric Power Research Institute of State Grid Sichuan Electric Power Co Ltd
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2034-01-10
Also published as: CN103701110B

Abstract

一种基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，包括以下步骤：剩磁消除：对变压器铁芯进行剩磁消除；初次合闸：初次合闸的合闸相A相剩磁量最大，极性与变压器铁芯剩磁极性相同，且初次合闸时间T1在T2之前DT，所述T2为交流电源电压每周期取得最大值时的时间点，二次合闸：二次合闸的合闸相为三相交流电除A相外的另外两相，且二次合闸时间T3在T4之前DT，所述T4为T1之后延时四分之一T0的时刻，所述T0为交流电周期；所述DT为合闸开关的时间离散分布区间。采用本发明所述的基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，可以避免由于开关的离散特性导致错过合闸的最佳时刻，从而实现不同容量主变、不同运行工况下对励磁涌流的完全抑制。

Description

一种基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法

技术领域

本发明属于电力电子领域，涉及一种基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法。

背景技术

谐波过电压主要是由于励磁涌流中的谐波分量通过线路传输驻波效应和谐振放大效应两方面的作用，在长线路轻负荷的弱联系系统末端产生的过电压。为了抑制过电压风险，最好的方法是在源头抑制励磁涌流的大小。目前抑制变压器励磁涌流的方法主要有两种：一种是控制变压器的合闸时刻，也称为选项相合闸；另一种是通过投切合闸电阻的方法来抑制涌流的大小。

选相合闸的核心思想是在磁通过零点进行合闸，以防止暂态磁通的产生，避免了空载合闸冲击电流的产生。但是该方法有一个明显的缺点，就是对合闸开关的精度要求非常高，较小的延时就会错过合闸的最佳时刻，在一个周期里，捕捉不产生偏磁的电源电压合闸角只有两个，即正弦电压的两个峰值点（或），如果偏离了这两点，偏磁就会出现，这就要求控制合闸环节的所有操作机构（包括断路器）要有精确、稳定的动作时间，而且断路器三相分时的这种非全相运行操作还会引发其他的问题，甚至有些断路器在结构上根本无法分相操作。另外，如果变压器带有剩磁，控制系统设置的各相最佳合闸时间就会改变，且随着剩磁大小的变化而变化，因此选相合闸的实用性和准确性并不高。

合闸电阻的核心思想是在空载合闸的瞬变过程中，通过增加电气回路中的阻值大小，加快暂态磁通的衰减速度，从而抑制励磁涌流的大小。因此合闸电阻的大小和投入时间对于抑制励磁涌流会产生比较大的影响。经过收资调研，目前国内对于带合闸电阻的GIS开关设备标准如表1所示，合闸电阻大小能达到1500Ω，但是电阻投入时间只能维持8-12ms，当带有剩磁的主变进行空充操作时，该时间是无法有效抑制住励磁涌流的。

目前抑制变压器励磁涌流的方法主要有两种：一种是控制变压器的合闸时刻，也称为选相合闸；另一种是通过投切合闸电阻的方法来抑制涌流的大小。

但是单独选用选相合闸有一个明显的缺点，就是对合闸开关的精度要求非常高，较小的延时就会错过合闸的最佳时刻，在一个周期里，捕捉不产生偏磁的电源电压合闸角只有两个，即正弦电压的两个峰值点（或），如果偏离了这两点，偏磁就会出现，这就要求控制合闸环节的所有操作机构（包括断路器）要有精确、稳定的动作时间，而且断路器三相分时的这种非全相运行操作还会引发其他的问题，甚至有些断路器在结构上根本无法分相操作。另外，如果变压器带有剩磁，控制系统设置的各相最佳合闸时间就会改变，且随着剩磁大小的变化而变化，因此仅仅使用选相合闸的实用性和准确性并不高。合闸电阻最大的问题在于合闸电阻投入时间太短，经过收资调研，目前国内对于带合闸电阻的GIS开关电阻投入时间只能维持8-12ms，当带有剩磁的主变进行空充操作时，很有可能出现磁通还未到达最大值，合闸电阻已经退出的情况。

发明内容

为克服现有技术中抑制变压器励磁涌流方法的技术缺陷，本发明公开了一种基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法。

本发明所述基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，包括以下步骤：

剩磁消除：对变压器铁芯进行剩磁消除；

初次合闸：初次合闸的合闸相A相剩磁量最大，极性与变压器铁芯剩磁

极性相同，且初次合闸时间T1在T2之前DT，所述T2为交流电源电压每周期取得最大值时的时间点；

二次合闸：二次合闸的合闸相为三相交流电除A相外的另外两相，且二次合闸时间T3在T4之前DT，所述T4为T1之后延时四分之一T0的时刻，所述T0为交流电周期；

所述DT为合闸开关的时间离散分布区间。

优选的，所述剩磁消除步骤利用交流电对变压器铁芯进行剩磁消除。

进一步的，所述剩磁消除比例大于90%。

优选的，所述初次合闸和二次合闸过程中均包括合闸电阻投退，所述合闸电阻投退为在合闸时将合闸电阻接入合闸开关，延时T5后将合闸电阻短路退出，所述T5不短于8毫秒。

具体的，所述DT=1毫秒。

具体的，所述合闸电阻阻值大于1500欧姆。

采用本发明所述的基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，可以避免由于开关的离散特性导致错过合闸的最佳时刻，还能满足现有合闸电阻投入时间不超过8ms的机械动作要求，从而实现不同容量主变、不同运行工况下对励磁涌流的完全抑制。

附图说明

图1为考虑剩磁情况下合空载变压器的各相磁链和电压变化曲线示意图；

图2为本发明抑制励磁涌流原理说明示意图；

图3为本发明所述利用交流电消除剩磁的原理示意图；

图4为A相合闸后的三相磁通关系示意图示意图；

图1中横坐标为时间,单位为秒，纵坐标分别为磁通标幺值和一次侧励磁电压，单位分别为pu和kV；

图2中横坐标为时间，纵坐标为电压和磁通量；

图3中横坐标为时间，纵坐标为磁通量；

图4中横坐标为时间，纵坐标为相位。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

如图1所示，以A相为例，假设变电站空载主变前，A相带有60%的正向剩磁，B、C两相分别带有30%的反向剩磁。根据励磁涌流产生的机理可知，为了使A相最大限度的产生励磁涌流，必须选择A相电压初相角为0°时合闸。因此设置系统电压1s时A相电压相位恰好为0°，合闸空载变压器，二分之一个周期（对50赫兹工频市电，半周期为0.01s=10毫秒）后，A相磁链到达最大值，此时励磁涌流也达到最大值。可以看出，为了有效抑制A相励磁涌流，合闸电阻投入时间必须大于10ms。在不考虑开关离散性的条件下，B相和C相的反向磁链最大值分别出现在1.0067s和1.0133s，因此为了同时抑制B、C两相的励磁涌流，合闸电阻的投入时间至少达到13.3ms。该时间还未计及开关的离散性、剩磁的衰减速度、以及相间励磁的影响大小，并且如果剩磁大小改变，合闸电阻投入时间需要进一步增大。因此，如果按照目前国内生产的合闸电阻的投入时间，是无法全抑制B、C两相的励磁涌流。

本发明所述的一种基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，包括以下步骤：

剩磁消除：对变压器铁芯进行剩磁消除；

极性相同，且初次合闸时间T1在T2之前DT，所述T2为交流电源电压每周期取得最大值时的时间点，二次合闸：二次合闸的合闸相为三相交流电除A相外的另外两相，且二次合闸时间T3在T4之前DT，所述T4为T1之后延时四分之一T0的时刻，所述T0为交流电周期；所述DT为合闸开关的时间离散分布区间。

仍然以50赫兹工频市电为例，如图2所示，曲线u为电源电压曲线，曲线为变压器磁链曲线。根据理论分析可知，为了避免空载合闸冲击电流的产生，在电源经过最大值瞬间合闸最为有利，即在a点合闸，此时变压器中的磁链不存在任何直流分量，由于正弦电路四分之一周期后磁通到达最大值磁链到达最大值，需要四分之一周期即5ms。如果考虑开关1ms的延时，即在延后曲线1上的b点合闸，根据磁链守恒原理，变压器中的磁链将产生一个负的直流分量，最大磁通本应该出现在四分之三周期15ms，考虑开关1ms的动作离散性，磁链到达最大值需要提前1毫秒即14ms。

在表一中，由于市面产品上合闸电阻投入时间最小时间为8ms，因此在a点合闸是能有效抑制励磁涌流的，但是如果在b点合闸，由于存在开关离散分布区间DT，即各个开关由于存在的个体差异，可能存在开关时间差值，该差值的分布范围即为开关离散分布区间DT，目前DT可以控制在1毫秒以内，由于DT的存在，有可能存在变压器磁链还未进入饱和区，合闸电阻已经退出的情况，这将使得励磁涌流无法得到有效抑制。为此，在设计选相合闸时，必须将合闸时间提前DT=1ms，且合闸相的电压极性必须与剩磁极性一致。在此基础上，即使考虑1ms的开关动作离散性，也能保证合闸后变压器磁链的最大值出现在8ms之内。

选择剩磁最大相为合闸相。假设为A相，选择电源电压经过最大值（即磁链为0）时进行合闸，考虑开关动作存在1ms的离散特性，由图2可知，选相合闸时间应该为最佳合闸时间提前1ms合闸，且合闸相的电压极性必须与剩磁极性一致。当 A相先在最佳相位即系统电压峰值处投入后，如图4所示，B、C两相均会产生与 A相反向且幅值减小一半的相电压与感应磁通。A相在关合时间达到 1 /4工频周期时，在 B、C两相产生的动态磁通与这两相在该处的预感应磁通相等，则此时刻应为 B、C两相的最佳合闸时刻。此后各相磁通按照系统电压变化规律进入稳态，避免了铁芯饱和，达到了削弱励磁涌流的目的。

在空载合闸主变之前，先利用消磁器对主变进行剩磁消除，该操作可以大幅度降低主变空充时出现过饱和的风险。一种优选实施方式为在初次合闸前采用交流消磁法进行剩磁消除，如图3所示，由于特定原因使变压器铁心中的剩磁为图中的A 点，那么可根据不同外施交流电压下的特定磁滞回线组，确定该点所在的磁滞回线的全部回线。即图中最外围面积最大的磁滞回线包围的整个部分。此时将在低压侧施加交流电源并进行空载试验，起初由于存在较大的剩磁，在回线上表现为试验电流值较大，但是随着试验电流的消磁作用，剩磁降逐渐减小，试验电流也将随着剩磁的减少而不断减小，附加损耗也不断减小。通过长时间的反复作用，随着磁滞回线面积的不断减小( 如图3中O₁坐标系下的变化过程)，最后完全消除剩磁，形成没有剩磁影响时稳定的磁滞回线h₂，即图3中最小的磁滞回线。图3中，由 A 点变化到D点的过程，即为消磁的全过程，如果将 O，O₂两个坐标轴重合，回线初始面积S_O（包围O点的最大的闭合磁滞回线面积）与最终面积S_O2（包围O2点的最小的闭合磁滞回线面积）的差值，就是消磁时转化的铁心磁场能。剩磁消除比例最好大于90%，更利于后续步骤的励磁抑制。

又一优选实施方式为在合闸时引入合闸电阻投退机制，所述初次合闸和二次合闸过程中均包括合闸电阻投退，所述合闸电阻投退为在合闸时将合闸电阻接入合闸开关，延时T5后将合闸电阻短路退出，所述T5不短于8毫秒。

合闸电阻投退方式按照分相操作原则进行。例如当A相选相合闸接受到控制信号后，立刻将该信号引入合闸电阻投入控制装置，合闸电阻随开关投入，考虑到现有设备合闸电阻投入时间限制， A相合闸电阻8-12ms后通过短接退出。在A相投入1 /4工频周期后，分别将投入信号引入B、C两相合闸电阻投入装置，合闸电阻开关投入，同样在8-12ms后通过短接退出。在该策略下，可以保证A、B、C三相的最大磁通出现在合闸电阻退出之前，因此可以有效限制住励磁涌流。投退时间T5根据合闸电阻自身特性决定，一般不小于8毫秒，合闸电阻最好大于1500欧姆。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

剩磁消除：对变压器铁芯进行剩磁消除；

初次合闸：初次合闸的合闸相A相剩磁量最大，极性与变压器铁

芯剩磁极性相同，且初次合闸时间T1在T2之前DT，所述T2为交流电源电压每周期取得最大值时的时间点；

所述DT为合闸开关的时间离散分布区间。

2.如权利要求1所述的基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，其特征在于，所述剩磁消除步骤利用交流电对变压器铁芯进行剩磁消除。

3.如权利要求2所述的一种基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，其特征在于，所述剩磁消除比例大于90%。

4.如权利要求1所述的基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，其特征在于，所述初次合闸和二次合闸过程中均包括合闸电阻投退，所述合闸电阻投退为在合闸时将合闸电阻接入合闸开关，延时T5后将合闸电阻短路退出，所述T5不短于8毫秒。

5.如权利要求1所述的一种基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，其特征在于，所述DT=1毫秒。

6.如权利要求4所述的一种基于交流消磁法的励磁涌流抑制方法，其特征在于，所述合闸电阻阻值大于1500欧姆。