CN104218555B - 一种三相励磁涌流抑制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种三相励磁涌流抑制装置及方法，先闭合空气开关SS1，然后顺序闭合SS2‑SSn，其中SSn最后闭合，然后断开除SS1和SSn之外的所有空气开关。

Description

一种三相励磁涌流抑制装置及方法
技术领域
本发明涉及一种抑制变压器励磁涌流的装置，属于电力电子器件领域。
背景技术
变压器是电力系统中的重要部件，它的安全性和稳定性对整个电力系统的运行至关重要。变压器全电压充电时在其绕组中产生的暂态电流。变压器投入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时，其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量，因此产生极大的涌流，其最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍。励磁涌流受变压器投入时系统电压的相角、变压器铁芯的剩余磁通和电源系统阻抗等因素影响而变化。若铁芯中没有剩磁，最大涌流出现在变压器投入时电压经过零点瞬间(该时磁通为峰值)。变压器涌流中含有直流分量和高次谐波分量，随时间衰减，其衰减时间取决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为5-10秒，小容量变压器约为0.2秒左右。
当给变压器充电时，铁芯内产生交变磁通，这个交变磁通从零到最大叫做铁芯励磁，铁芯饱和就会产生过电流，我们把这一过程产生的电流叫做变压器励磁涌流，这个电流要高于变压器的额定电流，从变压器的机械力、电动力到保护整定都要为躲过励磁涌流整定。励磁涌流带来的危害性包括：引发变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运频频失败；变压器出现短路故障切除时所产生的电压突增，诱发变压器保护误动，使变压器各侧负荷全部停电；电站一台变压器空载接入电源产生的励磁涌流，诱发邻近其他电站等正在运行的变压器产生“和应涌流”(sympathetic inrush)而误跳闸，造成大面积停电；数值很大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电动力过大受损；诱发操作过电压，损坏电气设备；励磁涌流中的直流分量导致电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率；励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染，造成电网电压骤升或骤降，影响其他电气设备正常工作。
图1示出了现有技术中的包含变压器的供电网络，其中A表示市电电源，B表示断路器，C表示变压器，D表示负载。这种供电网络在开始上电时，会出现变压器磁芯饱和现象，会导致变压器的初级流过很大的励磁涌流，这样会导致断路器脱开，而且会导致合闸处的机械开关打火，结果会有多次合闸脱开现象，这样会给电路元器件带来损害。为了解决该问题，已有的技术提出了一种单相变压器相位从正弦波90度角度处合闸消除励磁涌流，但是，该技术只能解决单相问题，对于三相变压器则无能为力，这是由于三相电相位相互之间相差120度，很难找到一个合适的角度消除励磁涌流。
发明内容
本发明针对上面的问题，提出了一种三相抑制变压器励磁涌流的装置，其无需判断上次断电时的相位角度，采用一种简单低廉的开关技术即可便捷的解决上述的变压器三相励磁涌流问题。
本发明提供了一种三相励磁涌流抑制装置，包括三相交流电AC，空气开关SS1，三相空气开关SS2-SSn，其中n为正整数并且大于等于3，多个等值电阻R1-Rm，以及三相变压器T，其中m＝3×(n-2)，其特征在于：连接关系为：三相交流电AC的中线连接空气开关SS1的一端，空气开关SS1的另一端连接三相变压器T的初级线圈的一端，三相交流电AC的三相输出端分别连接至三相空气开关SS2-SSn的一端，三相空气开关SS2-SSn的另一端分别连接至三相变压器T初级线圈三个绕组的另外一端，其中三相空气开关SS2-SSn-1与三相变压器之间的连接是通过电阻R1-Rm来实现的，也即三相空气开关与三相变压器连接的每一相中均各自接有一个电阻，而三相空气开关SSn与三相变压器的连接并不具有电阻，其中SS1和SSn是大功率空气开关，而SS2-SSn-1为小功率空气开关。
根据本发明的另外一实施例，所述小功率空气开关的额定功率为所述大功率空气开关额定功率的1％。
根据本发明的另外一实施例，其中多个等值电阻的电阻值等于R，并且R/m＝6πfL，其中f＝50Hz，L为三相变压器T初级一个绕组的电感量。
根据本发明的另外一实施例，提供了一种利用三相励磁涌流抑制装置进行励磁涌流抑制的方法，其特征在于：先闭合空气开关SS1，然后顺序闭合SS2-SSn，其中SSn最后闭合，然后断开除SS1和SSn之外的所有空气开关。
附图说明
图1为现有技术中的包括有变压器的配电网络示意图；
图2为本发明的三相励磁涌流抑制装置的结构示意图；
具体实施方式
以下在结合附图的基础上对于本发明的内容进行更加详细的描述。
图1以示意图的形式示意了现有技术中包括有变压器的供电网络，其中包括市电电源A，市电电源A通过导线与变压器C的初级线圈连接，在市电电源A与变压器C之间设置有断路器B，用于出现意外时保护供电网络，负载D通过导线与变压器C的次级线圈连接。对于这样的供电网络，正如背景技术中提到的，这种供电网络在开始上电时，会出现变压器磁芯饱和现象，会导致变压器的初级流过很大的励磁涌流，这样会导致断路器B脱开，而且会导致合闸处的机械开关打火，结果会有多次合闸脱开现象，这样会给电路元器件带来损害。为了解决该问题，已有的技术提出了一种跟踪电压相位，从正弦波90度角度处合闸消除励磁涌流。但是，该技术只能解决单相问题，对于三相问题无能为力。为了解决三相变压器的励磁涌流问题，本发明特提出了一种新型的抑制变压器励磁涌流的装置，下面在结合图2的基础上对本实用性的实施例进行详细的说明。
如图2所示，本发明的三相励磁涌流抑制装置包括三相交流电AC，空气开关SS1，三相空气开关SS2-SSn，其中n为正整数并且大于等于3，多个等值电阻R1-Rm，以及三相变压器T，其中多个等值电阻的电阻值等于R，其中m＝3×(n-2)，并且R/m＝6πfL，其中f为50Hz，L为三相变压器初级一个绕组的电感量；其连接关系为：三相交流电AC中线连接空气开关SS1的一端，空气开关SS1的另一端连接三相变压器T的初级线圈的一端，三相交流电AC的三相输出端分别连接至三相空气开关SS2的一端、……、以及三相空气开关SSn的一端，三相空气开关SS2-SSn的另一端分别连接至三相变压器初级线圈三个绕组的另外一端，其中三相空气开关SS2-SSn-1与三相变压器之间的连接是通过电阻R1-Rm来实现的，也即三相空气开关与三相变压器连接的每一相中均各自具有一个电阻，而在三相空气开关SSn与三相变压器的连接并不具有电阻。其中SS1和SSn是大功率空气开关，而SS2-SSn-1为小功率开关，小功率开关额定功率为大功率开关额定功率的1％。
下面来详细描述本发明的工作原理及过程，首先闭合SS1，然后顺序闭合SS2-SSn，其中SSn最后闭合，然后断开除SS1和SSn之外的所有空气开关。
根据上述工作过程，首先是变压器空载合闸，先闭合SS1，再闭合SS2，由于SS2串接有R1-R3，这样就限制了电流的增加，然后再闭合SS3，则R1和R4相当于并联，R2和R5相当于并联，R3和R6相当于并联，限流电阻减小，变压器初级分得的电流加大，然后逐个闭合后面空气开关，以此类推，变压器初级电流逐渐增大并达到稳态，从而不会产生励磁涌流，而这个稳态也只是变压器初级的励磁电流，相对于变压器正常工作的电流来说很小，SS2-SSn-1的所有功率相加远小于SSn，最后将SSn闭合，然后再断开SS2-SSn-1，变压器进入正常工作状态，完成启动过程。
由于额外增加的空气开关SS2-SSn-1属于小功率空气开关，也即只有SSn的1％，所以它们的成本非常低，对于整个系统来说所增加的成本非常有限，所以本发明是以一种非常低廉简便的方法解决了三相变压器的励磁涌流问题。
以上关于本是发明的说明均是以特定的实施例来说明的，但是这并不能作为对本发明保护范围的限定，本领域技术人员可预知的合理变形均在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种三相励磁涌流抑制装置，包括三相交流电AC，空气开关SS1，三相空气开关SS2-SSn，其中n为正整数并且大于等于3，多个等值电阻R1-Rm，以及三相变压器T，其中m＝3×(n-2)，其特征在于：连接关系为：三相交流电AC的中线连接空气开关SS1的一端，空气开关SS1的另一端连接三相变压器T的初级线圈的一端，三相交流电AC的三相输出端分别连接至三相空气开关SS2-SSn的一端，三相空气开关SS2-SSn的另一端分别连接至三相变压器T初级线圈三个绕组的另外一端，其中三相空气开关SS2-SSn-1与三相变压器之间的连接是通过电阻R1-Rm来实现的，也即三相空气开关与三相变压器连接的每一相中均各自具有一个电阻，而在三相空气开关SSn与三相变压器的连接并不具有电阻，其中SS1和SSn是大功率空气开关，而SS2-SSn-1为小功率空气开关，所述小功率空气开关的额定功率为所述大功率空气开关额定功率的1％。
2.根据权利要求1的三相励磁涌流励磁装置，其特征在于：其中多个等值电阻的电阻值等于R，并且R/m＝6πfL，其中f＝50Hz，L为三相变压器T初级一个绕组的电感量。
3.一种利用权利要求1或2中任一的三相励磁涌流抑制装置进行励磁涌流抑制的方法，其特征在于：先闭合空气开关SS1，然后顺序闭合SS2-SSn，其中SSn最后闭合，然后断开除SS1和SSn之外的所有空气开关。
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