CN103715654B - 一种励磁涌流的抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种励磁涌流的抑制方法（a）在三相电源空载合闸主变之前，先利用测磁器对主变进行剩磁测量，得到剩磁最大相的极性；（b）将步骤（a）得到的剩磁最大相信息作为条件，同时实施选相合闸与合闸电阻。本发明一种励磁涌流的抑制方法，利用剩磁方向判断出剩磁最大相，并优化选相合闸时间，并协调控制选相合闸与合闸电阻，可以保证在国内外现有设备技术能力范围内，实现大容量、高剩磁条件下主变空充产生励磁涌流的全频段抑制。

Description

一种励磁涌流的抑制方法

技术领域

本发明涉及电力系统安全保障领域，具体是指一种励磁涌流的抑制方法。

背景技术

励磁涌流：励磁涌流是指变压器全电压充电时，由于变压器铁芯的非线性饱和特性以及变压器投入前铁芯中剩余磁通的影响，在其绕组中产生的暂态电流。该电流最大可达额定电流的8-10倍，并含有很大的谐波分量（主要是二次和三次谐波），衰减速度与铁芯的饱和程度相关，饱和越深，衰减越快。

谐波过电压：谐波过电压是指诸如励磁涌流、电弧炉、变频器等谐波源通过线路传输驻波效应和谐振放大效应，在长线路轻负荷的弱联系系统末端产生的过电压。

选相合闸：选相合闸是指采用一定的技术使断路器在指定相角处合闸，能大幅降低合闸操作过程中的过电流和过电压，从而提高断路器的寿命和整个电力系统的稳定性。

合闸电阻：合闸电阻是指在断路器断口间通过辅助触头接入的电阻，该电阻在合闸时投入，当主触头合上时被短接退出，主要作用是抑制操作过电压和励磁涌流。

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。

发明内容

本发明的目的在于提供一种励磁涌流的抑制方法，解决现有技术中选相合闸和合闸电阻来抑制励磁涌流存在的不稳定问题，增加其实用性和稳定性。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种励磁涌流的抑制方法，包括以下步骤：

（a）在三相电源空载合闸主变之前，先利用测磁器对主变进行剩磁测量，得到剩磁最大相的极性；

（b）将步骤（a）得到的剩磁最大相信息作为条件，同时实施选相合闸与合闸电阻。

本发明的发明人经过多年的研究发现了现有技术中选相合闸与合闸电阻两种励磁涌流的医治方法之间存在的联系，基于此理论提出的通过剩磁测量而确定剩磁最大相的极性，以测量的结果作为条件来实现选相合闸与合闸电阻的同时操作，将这两种励磁涌流的抑制方法进行统一的条件设置，采用两种抑制方法来解决现有技术中单独使用任意一种方法存在的不稳定缺陷；将原本看起来没有关联的控制方法进行统一，利用两种方法的优点进行互补，克服了单一使用一种方法存在的缺陷，将现有技术中两种本来完全不兼容即不能同时使用的两种方法进行兼容性调整，在不超过现有设备能力的条件下，抑制励磁涌流引起谐波过电压。通过测量主变剩磁方向，并将测量信息引入选相合闸控制与合闸电阻投入控制中，同以实现主变大容量、高剩磁条件下励磁涌流的抑制，减小长距离、小负荷特性的弱联系电网谐波过电压风险，在该发明策略下，选相合闸可满足1ms的离散性，开关合闸电阻大小可满足1500Ω，投入时间可满足不大于8ms的设备技术要求，提高了实用性和稳定性。测量剩磁方向时，变压器因系统故障等原因跳闸，变压器不同结构，主磁通满足：

1）三相三柱式，

2）分体式Y/Y/D，

3）三相五柱式，，但有一相剩磁最大，且与另两相反向，假设A相剩磁取正方向且最大，则；

由此可知，无论哪种变压器结构，三相剩磁必有一相与另外两相方向相反，且该相剩磁最大，可以通过剩磁测量装置测量三相的剩磁方向，并判断出最大剩磁相，并将信息引入至选相合闸与合闸电阻投入控制中。由于三相剩磁满足的对称关系，因此三相剩磁中必有一相与另外两相方向相反，且该相剩磁最大。根据该特点，在空载合闸主变之前，先利用测磁器对主变进行剩磁测量，判断出剩磁最大相的极性，然后同时实施选相合闸与合闸电阻，下面简要介绍该综合策略原理：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，磁链到达最大值需要5ms。

作数步骤（b）中选相合闸包括以下步骤：

（b11）选择剩磁最大相为合闸相，合闸相的电压极性与剩磁极性一致；

（b12）在系统的电压峰值处将步骤（b11）的合闸相进行合闸；

（b13）在步骤（b12）完毕后经过1/4工频周期时，将其余两项进行合闸。

所述步骤（b12）中进行合闸的动作提前一个时间段，该时间段为开关动作的离散特性时间。由于开关的离散特性，容易导致错过合闸的最佳时刻，如图2所示，如果考虑开关1ms的延时，即在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，磁链到达最大值需要14ms；由于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，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，在设置选相合闸的时间时，必须将合闸时间提前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。

作数步骤（b）中合闸电阻包括以下步骤：

（b21）选择剩磁最大相为合闸相，合闸相的电压极性与剩磁极性一致；

（b22）在合闸相电压初相角为0°时合闸投入电阻，并在8-12ms后通过短接退出；

（b23）在步骤（b22）的合闸相投入电阻1/4工频周期后，将其余两项合闸投入电阻，并在8-12ms后通过短接退出。

合闸电阻投退方式按照分相操作原则进行，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，在该方法下，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。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种励磁涌流的抑制方法，利用剩磁方向判断出剩磁最大相，并优化选相合闸时间，并协调控制选相合闸与合闸电阻，可以保证在国内外现有设备技术能力范围内，实现大容量、高剩磁条件下主变空充产生励磁涌流的全频段抑制。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为在考虑剩磁情况下合空载主变的各相磁链变化曲线；

图2为控制励磁涌流示意图；

图3为A相合闸后的三相磁通关系示意图；

图4为实施例中某地区电网拓扑图；

图5为实施例中电站主变G空载合闸时的励磁涌流曲线；

图6为实施例中4号220kV变电站35kV侧母线电压；

图7为实施例中5号110kV变电站35kV侧母线电压；

图8为实施例中6号110kV变电站35kV侧母线电压；

图9为实施例中2号变电站励磁涌流；

图10为实施例中本发明抑制作用下的仿真结果。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

以四川某地区的电网为例，如图4所示，该电网是小负荷带长输电线的典型结构，变电站4、5、6通过接近500km的110kV和220kV长线路连接到500kV变电站1，并通过单回线和主网相连，变电站4、5、6长期保持低负荷状态，远小于长线路的充电无功，基频下的充电无功主要由各站低抗、线路高抗以及部分站点的发电机进行补偿，假设电站G的主变容量为300MVA，并通过500kV并网线对电站主变进行空充操作，在发电机群1和发电机群2开机较少的情况下，电站主变G的励磁涌流以及变电站4、5、6的35kV侧母线电压如图5-图8所示；由图5可以看出，在500kV侧空充电站G主变时，会产生将近1.5kA的励磁涌流，并在变电站4、5、6产生接近1.4倍的过电压，且过电压持续时间长达数秒钟。进一步在各站做谐波潮流和频谱分析，从图6-图8可以看出变电站4出现了5次谐波放大现象，变电站5、6均出现3次谐波不同程度的放大现象；本发明一种励磁涌流的抑制方法，首先（a）在三相电源空载合闸主变之前，先利用测磁器对主变进行剩磁测量，得到剩磁最大相的极性；

（b11）选择剩磁最大相为合闸相，合闸相的电压极性与剩磁极性一致；

（b12）在系统的电压峰值处将步骤（b11）的合闸相进行合闸，进行合闸的动作提前一个时间段，该时间段为开关动作的离散特性时间；

（b13）在步骤（b12）完毕后经过1/4工频周期时，将其余两项进行合闸；（b21）选择剩磁最大相为合闸相，合闸相的电压极性与剩磁极性一致；

（b22）在合闸相电压初相角为0°时合闸投入电阻，并在8-12ms后通过短接退出；

（b23）在步骤（b22）的合闸相投入电阻1/4工频周期后，将其余两项合闸投入电阻，并在8-12ms后通过短接退出。

如图9至10所示，在本发明方法下进行2仿真的结果，可以看出，励磁涌流被完全抑制，各站未出现超标的谐波过电压。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种励磁涌流的抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）在三相电源空载合闸主变之前，先利用测磁器对主变进行剩磁测量，得到剩磁最大相的极性；

（b）将步骤（a）得到的剩磁最大相的极性作为条件，同时实施选相合闸与合闸电阻。

2.根据权利要求1所述的一种励磁涌流的抑制方法，其特征在于：所述步骤（b）中选相合闸包括以下步骤：

（b11）选择剩磁最大相为合闸相，合闸相的电压极性与剩磁极性一致；

（b12）在系统的电压峰值处将步骤（b11）的合闸相进行合闸；

（b13）在步骤（b12）完毕后经过1/4工频周期时，将其余两项进行合闸。

3.根据权利要求2所述的一种励磁涌流的抑制方法，其特征在于：所述步骤（b12）中进行合闸的动作提前一个时间段，该时间段为开关动作的离散特性时间。

4.根据权利要求1所述的一种励磁涌流的抑制方法，其特征在于：所述步骤（b）中合闸电阻包括以下步骤：

（b21）选择剩磁最大相为合闸相，合闸相的电压极性与剩磁极性一致；

（b22）在合闸相电压初相角为0°时合闸投入电阻，并在8-12ms后通过短接退出；

（b23）在步骤（b22）的合闸相投入电阻1/4工频周期后，将其余两项合闸投入电阻，并在8-12ms后通过短接退出。