CN104065051B - 一种适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置 - Google Patents

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本发明公开了一种适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置，该装置完全串接在供电回路中，不改变原有供配电系统的保护和操作方式，改造简单，操作方便；控制电路由时间继电器和接触器构成，结构简单，无需复杂的数字控制，且时间继电器时间可根据实际需求调节，满足不同额定容量和电流的变压器软起需要，保证了该装置具备广泛的适用性，应用范围广，对整个大功率电力电子的试验发挥重要的支持和保证作用。

Description

一种适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置
技术领域
本发明涉及一种适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置。
背景技术
变压器空载稳态运行时，其电流为额定电流的0.35％～10％。然而，在变压器空载或者轻载合闸时，由于铁芯磁通饱和，将导致合闸瞬间出现励磁涌流，其数值可以达到变压器额定电流的8～30倍，这将严重危害变压器的寿命，并导致变压器保护装置误动作，断路器开关频繁损坏，同时励磁涌流反馈至电网，严重影响电网的电能质量。目前大功率电力电子设备制造都需要完善的试验设备和试验系统，试验变压器非常重要，同时由于是试验使用，需要频繁空载投入，试验变压器空载投入时励磁涌流较大，对试验配电系统的开关造成严重损伤，并且影响试验区整个配电系统的稳定，基于目前的试验配电系统状况，需要提出一种安全、简便、有效的抑制励磁涌流的方法。
中国申请号201110239962.9公开了一种抑制励磁涌流的变压器空载投切方法，该方法主要强调其通过控制断路器分合闸相位角，但是需要循环测量开关位置和合闸瞬间的电压相位角，进行比对，当完全匹配时候才进行合闸操作，控制复杂，时间较长，出错率较大。
中国申请号200510034479.1公开了一种电力变压器励磁涌流的抑制方法和抑制器，强调其记录变压器电源切除时瞬间的相位角，控制合闸时候的相位角，使偏磁抵消剩磁，但是需要单片机控制，需要通讯功能，控制较为复杂，需要将断路器的分闸时间和合闸时间作为整定参数输入励磁涌流抑制器中，操作复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置，以解决现有励磁涌流抑制装置控制操作复杂的问题。
为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置，包括用于串接于输电线路上的主回路接触器KM1的主触头，KM1的主触头两端并联有由一个由辅助接触器KM2的主触头和合闸电阻串联构成的预充电电路，KM1和KM2与控制电路控制连接；所述控制电路包括两个时间继电器KT1、KT2和两个控制接触器K1、K2，KT1的工作触头与K1的线圈串接构成第一串联支路，KT2的工作触头与K2的线圈串接构成第二串联支路，K1的触头与KM1的线圈串接构成第三串联支路，K2的触头与KM2的线圈串接构成第四串联支路。
所述K1的触头两端并联有一个KM1的触头。
所述时间继电器KT1、KT2的线圈和第一串联支路、第二串联支路、第三串联支路、第四串联支路均用于与输电线路供电连接。
所述合闸电阻的阻值为10kΩ。
本发明的适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置完全串接在供电回路中，不改变原有供配电系统的保护和操作方式，改造简单，操作方便；控制电路由时间继电器和接触器构成，结构简单，无需复杂的数字控制，且时间继电器时间可根据实际需求调节，满足不同额定容量和电流的变压器软起需要，保证了该装置具备广泛的适用性，应用范围广，对整个大功率电力电子的试验发挥重要的支持和保证作用。
另外，该装置不需单独的供电电源，当需要投入变压器时，闭合变压器上级开关后，控制电路通过控制主回路接触器KM1主触头与辅助接触器KM2主触头的通断完成变压器的软起过程，实现对变压器空载投入时励磁涌流的抑制。
附图说明
图1为本发明励磁涌流抑制装置的原理图；
图2为本发明励磁涌流抑制装置的电路图；
图3为不带本发明装置时变压器励磁电流波形图；
图4为采用本发明装置时变压器励磁电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
如图1所示，本发明为本发明励磁涌流抑制装置的原理图，由图可知，该装置包括串接于电网与变压器之间的输电线路上的主回路接触器，该主回路接触器上并联有合闸电阻回路，主回路接触器与合闸电阻回路均受控制电路控制。
如图2所示为本发明适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置实施例的电路图，由图可知，该装置包括用于串接于输电线路上的主回路接触器KM1的主触头，KM1的主触头两端并联有由一个由辅助接触器KM2的主触头和合闸电阻R1～R3串联构成的预充电电路，KM1和KM2与控制电路控制连接；所述控制电路包括两个时间继电器KT1、KT2和两个控制接触器K1、K2，KT1的工作触头与K1的线圈串接构成第一串联支路，KT2的工作触头与K2的线圈串接构成第二串联支路，K1的触头与KM1的线圈串接构成第三串联支路，K2的触头与KM2的线圈串接构成第四串联支路。
另外，K1的触头两端并联有一个KM1的触头，利用主回路接触器KM1实现自锁功能，安全可靠。
时间继电器KT1、KT2的线圈和第一串联支路、第二串联支路、第三串联支路、第四串联支路均用于与输电线路供电连接。
本实施例的合闸电阻为铝壳软起电阻，用于在预充电时进行限流；时间继电器KT1、KT2会在接受了启动信号后开始计时，计时结束后它的工作触头进行开或合的动作，从而推动后续的电路工作。综合考虑合闸电阻的经济和可行性，结合变压器额定容量和电流，经过反复试验取每相的合闸电阻为10kΩ，并设定在合闸后0.6s将合闸电阻切除。
本发明的控制过程如下：在输电线路的上级开关闭合后，第四串联支路K2的常闭触头使KM2的线圈带电，预充电电路KM2的主触头吸合；0.9S(时间自己设置)以后KT1的工作触头闭合，使K1的线圈带电，K1的常开触头闭合；K1的常开触头闭合后KM1的线圈吸合，形成自锁；1.5S(时间自己设置)以后KT2的常开触头闭合，使K2的线圈带电，K2的常闭触头断开；KM2的线圈失电，使预充电电路KM2的主触头断开，完成软起。
本发明的装置是为了限值变压器空载合闸瞬间励磁涌流的大小，采用带合闸电阻的励磁涌流的抑制方法，即在变压器合闸时串联上合闸电阻，合闸后再将合闸电阻切除。该装置串接在供电系统中，当变压器投入时，该装置首先将预充电回路投入，即进行带电阻合闸，完成对变压器空载合闸时励磁涌流的有效抑制，将励磁涌流控制在系统允许的范围之内，到达设定时间后，闭合主回路接触器KM1，将串接电阻切除，完成变压器的软起过程。
本发明通过对励磁涌流产生机理进行分析，并通过试验验证本装置的效果，具体分析如下：
1.励磁涌流产生机理：设变压器空载合闸时一次侧系统电压为
U(t)＝Um·sin(ωt+α) (1)
式中：Um为电网电压峰值；α为电网电压初相位。
在忽略漏磁的情况下，可列出如式(2)所示的回路电压方程
式中：R为一次绕组的电阻和变压器的励磁电阻；N为一次绕组匝数；φ(t)为铁芯中的磁通，取一次绕组的平均电感作为暂态过程中的电感，即L＝φ(t)/i(t)。则式(2)可以转换为
求解式(3)可得
式中：φr为合闸前铁芯中的剩磁。
从式(4)可以看出，空载合闸时的磁通包含2个部分，其中φm·cos(ωt+α)称为稳态分量，称为暂态分量，暂态分量的衰减时间为常数为R/L。现代电力变压器正常工作时磁通接近饱和，当磁通达到最大值φm时，励磁电流可达到额定电流的8～30倍；从式(4)及磁通最大值表达式可以看出，若增大电阻R，一方面可以减小磁通最大值，另一方面可以增大磁通暂态分量的衰减时间常数R/L，加快暂态分量的衰减速度，进而达到抑制励磁涌流的目的。
经过对图3和图4的电流波形对比可以看出，变压器合闸时断路器串接电阻对励磁涌流有明显的削弱作用，原本近2000A的励磁涌流冲击被抑制到近乎近0A。经过以上试验验证通过在变压器合闸时串接电阻的方法，可有效防止变压器保护装置误动作，维持试验供配电系统的稳定，同时可有效抑制变压器励磁涌流反馈至电网对电网造成高频污染。
经过对实际使用效果的统计分析，总结出以下几个特点：
(1)安全性、规范性有了很大提高，给测试人员提供了安全的保障措施，该装置自动，免人员操作；
(2)工作效率有了较大提高，工作效率提高30％以上；
(3)节约了生产成本，节约的成本约13000元/年(按对其配电柜的损害情况简单统计为例)。
以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置，其特征在于：包括用于串接于输电线路上的主回路接触器KM1的主触头，KM1的主触头两端并联有由一个由辅助接触器KM2的主触头和合闸电阻串联构成的预充电电路，KM1和KM2与控制电路控制连接；所述控制电路包括两个时间继电器KT1、KT2和两个控制接触器K1、K2，KT1的工作触头与K1的线圈串接构成第一串联支路，KT2的工作触头与K2的线圈串接构成第二串联支路，K1的触头与KM1的线圈串接构成第三串联支路，K2的触头与KM2的线圈串接构成第四串联支路，所述时间继电器KT2的延时闭合时间大于所述时间继电器KT1的延时闭合时间，所述第一串联支路、所述第二串联支路、所述第三串联支路及所述第四串联支路并联连接。
2.根据权利要求1所述的适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置，其特征在于：所述K1的触头两端并联有一个KM1的触头。
3.根据权利要求1所述的适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置，其特征在于：所述时间继电器KT1、KT2的线圈和第一串联支路、第二串联支路、第三串联支路、第四串联支路均用于与输电线路供电连接。
4.根据权利要求1所述的适用于试验变压器频繁空载投入的励磁涌流抑制装置，其特征在于：所述合闸电阻的阻值为10kΩ。
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