CN103956722B - 一种船舶变压器励磁涌流抑制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶变压器励磁涌流抑制装置，该装置接在供电母线和船舶变压器之间，所述的抑制装置包括依次连接的小型变压器、整流器、稳压电容、逆变器和输出电感，所述的小型变压器的一次侧与供电母线连接，所述的输出电感的输出端与船舶变压器连接；所述的小型变压器用来提高二次侧的电压，并起到隔离保护的作用；所述的整流器把交流电变成所需要的直流；所述的充电电容用于支撑直流侧电压，同时还兼顾平波；所述的输出电感用于滤除高频毛刺。与现有技术相比，本发明结构简单，可以有效的抑制励磁涌流，具有很好的反应速度及抑制效果等优点。

Description

一种船舶变压器励磁涌流抑制装置

技术领域

本发明涉及一种船舶电力系统技术领域，尤其是涉及一种船舶变压器励磁涌流抑制装置。

背景技术

大型船舶电力系统中的变压器容量较大，在全船负荷中占有相当的比重，是船舶电力系统中的重要设备之一。在船舶正常运行时，变压器的励磁电流很小，一般为额定电流的1％～2％。当变压器空载合闸投入电网运行时，由于变压器铁心磁通的饱和特性和非线性特征，会产生很大的瞬时电流，其幅值可能达到极高的数值。此时电流波形会产生严重畸变，形成励磁涌流。励磁涌流可能会导致变压器继电保护的误动，高次谐波还会引起电磁干扰，影响周围电子设备的正常运行。此外，励磁涌流还将导致母线处出现较大的瞬态电压降，从而影响船舶电力系统的正常运行。

经文献检索发现，张琦兵等人在《电力系统保护与控制》2010年上发表的“船舶变压器预充磁分析研究”，该文提出：根据实际情况，为了抑制变压器空载合闸时产生的励磁涌流，通常采取的方法是在合闸回路中串联电阻来限制涌流的幅值和暂态过程，但该方法容易受到系统参数和变压器剩磁的影响。随着开关技术的发展，出现了选相位分相合闸技术，由于变压器剩磁难以测量以及断路器动作的分散性和触头预击穿等不可控因素的影响，实际应用仍存在一定困难。还有提出了通过改变一、二次绕组分布来抑制励磁涌流的方法，即通过增加合闸过程中变压器的自感来达到抑制变压器励磁涌流目的，但该方法改变了变压器的内部结构，可能会给变压器的稳态运行带来不可预料的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种船舶变压器励磁涌流抑制装置，根据船舶电力系统的特点，通过补偿相应的电流增量来降低其对电力系统的影响，本发明结构简单，可以有效的抑制励磁涌流，具有很好的反应速度及抑制效果。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种船舶变压器励磁涌流抑制装置，该装置接在供电母线和船舶变压器之间，其特征在于，所述的抑制装置包括依次连接的小型变压器、整流器、稳压电容、逆变器和输出电感，所述的小型变压器的一次侧与供电母线连接，所述的输出电感的输出端与船舶变压器连接；

所述的小型变压器用来提高二次侧的电压，并起到隔离保护的作用；所述的整流器把交流电变成所需要的直流；所述的充电电容用于支撑直流侧电压，同时还兼顾平波；所述的输出电感用于滤除高频毛刺。

所述的小型变压器的二次侧电压为一次侧电压的1.6～2倍。

所述的整流器为三相不可控整流电路，所述的逆变器为三相全桥可控电路。

所述的稳压电容C的值计算如下：

其中i_neff是流过装置的电流有效值，f_min为逆变器最低频率，γ为直流电压值U_dc的波动系数，K_c是载荷位移角，β为增益系数；

U_d＝2.34U_S，

其中U_d是直流电压平均值，U_S是系统电源。

所述的输出电感L的估算值计算如下：

其中δi_max为电流最大上升率，U_d为直流侧电容电压值，U_Smax为电网电压峰值。

所述的逆变器设有控制模块，该控制模块检测变压器空载合闸时的励磁涌流和电网侧的电流，计算两者的偏差，根据该偏差来控制逆变器的输出从而动态抑制励磁涌流。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)结构简单，实施成本低，抑制效果稳定可靠。

(2)具有自适应功能，实现动态补偿，可对频率和大小都变化的励磁涌流进行补偿，有极快的响应。

(3)本发明提出的装置抑制效果明显，可适用于的大型船舶电力系统。

附图说明

图1是本发明装置的结构原理图；

图2是本发明小型变压器示意图；

图3是本发明中的整流逆变部分示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种船舶变压器励磁涌流抑制装置，该装置接在供电母线6和船舶变压器7之间，所述的抑制装置包括依次连接的小型变压器1、整流器2、稳压电容3、逆变器4和输出电感5，所述的小型变压器1的一次侧与供电母线6连接，所述的输出电感5的输出端与船舶变压器7连接；

所述的小型变压器1用来提高二次侧的电压，并起到隔离保护的作用；所述的整流器2把交流电变成所需要的直流；所述的充电电容3用于支撑直流侧电压，同时还兼顾平波；所述的输出电感5用于滤除高频毛刺。

如图2所示，新型船舶变压器励磁涌流抑制装置的小型变压器原理如下：

U_in、i_in为小型变压器的一次侧电压电流值，N₁、N₂为变比，U_in1为二次侧电压。由励磁电流可得小型变压器容量P＝U_ini_in，变比：

如图3所示，抑制装置中的整流逆变部分如下：

U_in1、U_out1为整流逆变部分的输入、输出电压，U_dc为直流电压值，C是稳压电容，直流电压平均值U_d为：

U_d＝2.34U_S

在装置中，稳压电容C的电容值可由下述公式得出：

其中i_neff是流过装置的电流有效值，f_min为逆变器最低频率，γ为电压U_dc的波动系数，K_c是载荷位移角，β为增益系数。

滤波输出电感在实际应用中可以根据对最大电流上升率的估计，估算输出电感的值：

性能指标：

以某大型船舶电力系统为实验背景，其中变压器为三柱三相式Δ/Y接法，变比为6.6/0.45kV，容量选30MVA；船舶系统电压等级6.6kV，50Hz。未安装新型船舶变压器励磁涌流抑制装置前，变压器空载合闸时励磁涌流最大为1750A，严重影响船舶电力系统的安全。安装抑制装置后，励磁电流从1750A下降到50A，励磁涌流抑制效果明显。本发明可以动态抑制励磁涌流，不受电网参数影响，效果稳定可靠，适用于大型船舶电力系统。

Claims (5)

1.一种船舶变压器励磁涌流抑制装置，该装置接在供电母线和船舶变压器之间，其特征在于，所述的抑制装置包括依次连接的小型变压器、整流器、稳压电容、逆变器和输出电感，所述的小型变压器的一次侧与供电母线连接，所述的输出电感的输出端与船舶变压器连接；

所述的小型变压器用来提高二次侧的电压，并起到隔离保护的作用；所述的整流器把交流电变成所需要的直流；所述的稳压电容用于支撑直流侧电压，同时还兼顾平波；所述的输出电感用于滤除高频毛刺；

所述的输出电感L的估算值计算如下：

$L=\frac{U_d-U_{S\max }}{{\mathrm{\δi}}_{\max }}$

其中δi_max为电流最大上升率，U_d为直流侧电容电压值，U_Smax为电网电压峰值。

2.根据权利要求1所述的一种船舶变压器励磁涌流抑制装置，其特征在于，所述的小型变压器的二次侧电压为一次侧电压的1.6～2倍。

3.根据权利要求1所述的一种船舶变压器励磁涌流抑制装置，其特征在于，所述的整流器为三相不可控整流电路，所述的逆变器为三相全桥可控电路。

4.根据权利要求1所述的一种船舶变压器励磁涌流抑制装置，其特征在于，所述的稳压电容C的值计算如下：

$C=\frac{i_{neff}}{U_d{f}_{min}\mathrm{\γ}}{K}_c\mathrm{\β}$

其中i_neff是流过装置的电流有效值，f_min为逆变器最低频率，γ为直流侧电容电压值U_d的波动系数，K_c是载荷位移角，β为增益系数；

U_d＝2.34U_S,

其中U_d是直流侧电容电压值，U_S是系统电源。

5.根据权利要求1所述的一种船舶变压器励磁涌流抑制装置，其特征在于，所述的逆变器设有控制模块，该控制模块检测变压器空载合闸时的励磁涌流和电网侧的电流，计算两者的偏差，根据该偏差来控制逆变器的输出从而动态抑制励磁涌流。