CN104364867B - 励磁涌流抑制装置 - Google Patents

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Abstract

一种励磁涌流抑制装置(6)，控制对变压器(3)与三相交流的电源(1)之间的连接进行开闭的、连接着极间电容器(22U、22V、22W)的断路器(2)，以抑制励磁涌流，基于断路器(2)的变压器侧的三相交流电压(Vtu、Vtv、Vtw)，检测三相的残留磁束的直流成分(φZdu，φZdv，φZdw)中的绝对值为最大或绝对值为最小的相作为关注相，在电源侧的三相交流电压(Vu、Vv、Vw)的关注相成为与残留磁束的关注相的直流成分(φZdu，φZdv，φZdw)的极性相反的极性的峰值的接通目标相位(θc1)，将关注相的断路器(2)接通，在电源侧的三相交流电压(Vu、Vv、Vw)的关注相在比接通目标相位(θc1)靠后处成为零点的接通目标相位(θc2)，将关注相以外的2相的断路器(2)接通。

Description

励磁涌流抑制装置
技术领域
本发明涉及用来抑制在将变压器向电源接通时产生的励磁涌流的励磁涌流抑制装置。
背景技术
通常，已知如果在变压器铁芯中有残留磁束的状态下通过电源接通进行无负荷励磁则流过较大的励磁涌流。该励磁涌流的大小成为变压器的额定负荷电流的数倍。如果这样流过较大的励磁涌流，则系统电压变动。在该电压变动较大的情况下，有给需要者引起影响的情况。
作为抑制该励磁涌流的方法，已知有在将直接接地类的三相变压器用3台单相型断路器接通时、将任意的1相先行接通、然后将其余的两相接通来抑制励磁涌流的方法。
此外，还已知有在基准相的恒常磁束与残留磁束一致的定时使基准相的断路器接通后、以使其他相的恒常磁束与残留磁束的差成为最小限度的方式进行延迟而使其余的两个断路器接通的方法。
但是，在断路器中，有为了使电流断路变容易而在极间并联连接着电容器的结构。在这样通过在极间连接着电容器的断路器将变压器断路的情况下，在上述那样的方法中，因为以下这样的理由，难以抑制励磁涌流。
在用在极间连接着电容器的断路器将变压器断路的情况下，在断路后，通过极间的电容器，在变压器端子处出现较小的振幅的交流电压。该交流电压是被极间的电容器和变压器的漂游静电容量进行分压的电源电压。此时，变压器的残留磁束为在直流成分上叠加了由该较小振幅的交流电压引起的成分的量。
在这样在直流成分上叠加了交流成分的残留磁束的情况下，难以求出上述那样的残留磁束与恒常磁束的交点。这是因为，残留磁束的直流成分根据断路器的断路相位而变化，并且交流成分的大小根据极间的电容器的静电容量而变化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2009－99347号公报
非专利文献1：John H.Brunke及另1人，“Elimination of TransformerInrush Currents by Controlled Switching－Part I：Theoretical Considerations”，IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY，IEEE，2001年4月，Vol.16，No.2，p.276－280
发明内容
本发明的目的是提供一种能够抑制通过在极间连接着电容器的断路器将变压器接通电源时发生的变压器的励磁涌流的励磁涌流抑制装置。
遵循本发明的实施方式的观点的励磁涌流抑制装置，控制对三相变压器与三相交流的电源之间的连接进行开闭的、在极间连接着电容器的断路器，以抑制励磁涌流，该励磁涌流抑制装置具备：变压器侧电压计测机构，计测上述断路器的上述三相变压器侧的三相交流电压；残留磁束直流成分运算机构，基于由上述变压器侧电压计测机构计测出的三相交流电压，运算上述三相变压器的断路后的上述三相变压器的三相的残留磁束的直流成分；关注相检测机构，检测由上述残留磁束直流成分运算机构运算出的上述三相的残留磁束的直流成分中的绝对值最大或绝对值最小的相，作为关注相；电源侧电压计测机构，计测上述断路器的上述电源侧的三相交流电压；第1相位判断机构，判断由上述电源侧电压计测机构计测出的三相交流电压的由上述关注相检测机构检测出的上述关注相成为与由上述残留磁束直流成分运算机构运算出的上述残留磁束的上述关注相的直流成分的极性相反的极性的峰值时的第1相位；第1接通机构，在由上述第1相位判断机构判断出的上述第1相位，将上述关注相的上述断路器接通；第2相位判断机构，判断由上述电源侧电压计测机构计测出的三相交流电压的由上述关注相检测机构检测出的上述关注相在比由上述第1相位判断机构判断出的上述第1相位靠后处成为零点时的第2相位；第2接通机构，在由上述第2相位判断机构判断出的上述第2相位，将上述关注相以外的2相的上述断路器接通。
附图说明
图1是表示应用了有关本发明的实施方式的励磁涌流抑制装置的的电力系统的结构的结构图。
图2是表示从由有关本实施方式的断路器引起的变压器的断路开始到电源接通为止的变压器的相电压的波形图。
图3是表示从由有关本实施方式的断路器引起的变压器的断路开始到电源接通为止的变压器的铁芯的残留磁束的波形图。
图4是表示从由有关本实施方式的断路器引起的变压器的断路开始到电源接通为止的流过断路器的断路器电流的波形图。
图5是表示有关本实施方式的变压器的1相的残留磁束和其直流成分的波形图。
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
(实施方式)
图1是表示应用了有关本发明的实施方式的励磁涌流抑制装置6的电力系统的结构的结构图。另外，对以后的图中的相同部分赋予相同的标号而省略其详细的说明，主要对不同的部分进行说明。
有关本实施方式的电力系统具备电源母线1、三相的断路器2、变压器3、三相的电源电压检测器4U、4V、4W、三相的变压器端子电压检测器5U、5V、5W和励磁涌流抑制装置6。
电源母线1是具备由U相、V相及W相构成的三相交流的电源的电力系统的母线。
变压器3的1次侧经由断路器2连接在电源母线1上。变压器3是将三相交流电压变压的3绕线的三相变压器。变压器3具备1次绕线301、2次绕线302及3次绕线303。1次绕线301及2次绕线302被进行Y接线。3次绕线303被进行Δ接线。1次绕线301及2次绕线302中性点被接地。
断路器2设在电源母线1与变压器3之间。断路器2是将U相、V相及W相的各相的主触点21U、21V、21W分别操作的各相操作型的断路器。在断路器2的各主触点21U、21V、21W上，分别并联连接着极间电容器22U、22V、22W。极间电容器22U、22V、22W为了使由断路器2进行的电流断路变容易而设置。通过将断路器2接通，将变压器3进行基于电源母线1的电源接通。通过将断路器2开放，将变压器3从电源母线1断路，但通过极间电容器22U、22V、22W电气地与电源母线1相连。
3个电源电压检测器4U、4V、4W设在电源母线1的各相(U相、V相、W相)。电源电压检测器4U、4V、4W是用来计测电源母线1的各相(U相、V相、W相)的相电压(对地电压)的计量仪器用设备。电源电压检测器4U、4V、4W例如是计量仪器用变压器(VT，Voltage Transformer)或电容器形计量仪器用变压器(PD，Potential Device)等的电压分压装置。电源电压检测器4U、4V、4W连接在电源母线1的各相与大地间。电源电压检测器4U、4V、4W将检测值作为检测信号向励磁涌流抑制装置6输出。
3个变压器端子电压检测器5U、5V、5W是用来计测变压器3的1次侧的各端子(U相、V相、W相)的对地电压(相电压)Vtu、Vtv、Vtw的计量仪器用设备。变压器端子电压检测器5U、5V、5W例如是计量仪器用变压器(VT)或电容器形计量仪器用变压器(PD)等的电压分压装置。变压器端子电压检测器5U、5V、5W设在变压器3的一次端子的各相。变压器端子电压检测器5U、5V、5W将检测值作为检测信号向励磁涌流抑制装置6输出。
励磁涌流抑制装置6基于从电源电压检测器4U、4V、4W及变压器端子电压检测器5U、5V、5W分别接收到的检测信号，对断路器2的各相的主触点21U～21W输出接通指令。由此，将断路器2接通。
参照图1～图4，对励磁涌流抑制装置6的结构进行说明。
图2～图4表示从由断路器2引起的变压器3的断路开始到电源接通为止的状态。图2是表示变压器3的相电压Vtu、Vtv、Vtw的波形图。图3是表示变压器3的铁芯的残留磁束φZu、φZv、φZw和其直流成分φZdu、φZdv、φZdw的波形图。图4是表示流过断路器2的断路器电流Iu、Iv、Iw的波形图。时刻t0表示变压器3的断路时刻(断路器2的开放时刻)。
励磁涌流抑制装置6具备电源电压计测部601、变压器电压计测部602、残留磁束计算部603、直流成分计算部604、相位检测部605和接通指令输出部606。
电源电压计测部601基于由电源电压检测器4U、4V、4W检测到的检测信号，计测电源母线1的各相电压Vu、Vv、Vw。电源电压计测部601将计测出的各相电压Vu、Vv、Vw向相位检测部605输出。
变压器电压计测部602基于由变压器端子电压检测器5U、5V、5W检测到的检测信号，计测变压器3的1次侧的相电压Vtu、Vtv、Vtw。变压器电压计测部602将计测出的变压器3的1次侧的相电压Vtu、Vtv、Vtw向残留磁束计算部603输出。
残留磁束计算部603基于由变压器电压计测部602计测出的相电压Vtu、Vtv、Vtw，将由断路器2引起的变压器3的断路后的U相、V相，及W相的各相电压Vtu、Vtv、Vtw分别积分。残留磁束计算部603将该积分后的值作为变压器3的铁芯的残留磁束(1次侧相磁束)φZu、φZv、φZw。残留磁束计算部603将运算出的残留磁束φZu、φZv、φZw向直流成分计算部604输出。
直流成分计算部604根据由残留磁束计算部603运算出的各相的残留磁束φZu、φZv、φZw来计算各自的直流成分φZdu、φZdv、φZdw。直流成分计算部604将计算出的残留磁束的直流成分φZdu、φZdv、φZdw向相位检测部605输出。
对于相位检测部605，输入由直流成分计算部604运算出的各相的残留磁束的直流成分φZdu、φZdv、φZdw及由电源电压计测部601计测出的电源母线1的各相电压Vu、Vv、Vw。相位检测部605将各相的残留磁束的直流成分φZdu、φZdv、φZdw中绝对值最大的相作为关注相而检测U相。另外，这里将直流成分φZdu、φZdv、φZdw中绝对值最大的相作为关注相，但也可以将绝对值最小的相作为关注相。相位检测部605检测如下相位，即：电源母线1的检测出的相电压Vu、Vv、Vw的关注相成为与关注相的直流成分φZdu、φZdv、φZdw的极性相反的极性的峰值时的相位。相位检测部605将检测出的关注相及相位向接通指令输出部606输出。
接通指令输出部606将由相位检测部605检测出的相位作为断路器2的关注相的接通目标相位θc1。这里，接通目标相位θc1如图3所示，是作为关注相的U相的残留磁束φZu由于交流成分而接近于零的时刻。接通指令输出部606在接通目标相位θc1仅接通断路器2的关注相。在将断路器2的关注相接通后，接通指令输出部606将关注相以外的其余的2相在接通目标相位θc2接通。接通目标相位θc2是从关注相的接通目标相位θc1经过预先设定的时间后的关注相的相电压零点的相位。
接通指令输出部606基于接通目标相位θc1、θc2，对将断路器2的接通的相的主触点驱动的操作机构输出接通指令。由此，将断路器2的接通的相的主触点接通。接通指令输出部606通过如上述那样将断路器2的各相以两个阶段接通，如图4所示，将各相的断路器电流(励磁涌流)Iu、Iv、Iw抑制为几安培左右。
参照图5，对由直流成分计算部604根据各相的残留磁束φZu、φZv、φZw来计算直流成分φZdu、φZdv、φZdw的方法的一例进行说明。
图5是表示变压器3的1相的残留磁束φZ和其直流成分φZd的波形图。这里，残留磁束φZ表示三相的残留磁束φZu、φZv、φZw中的任意的1相。此外，直流成分φZd是其残留磁束φZ的直流成分。
直流成分计算部604根据残留磁束φZ的波形，在1周期的期间中，检测最大磁束(正的峰值)φmax和最小磁束(负的峰值)φmin。直流成分计算部604通过将最大磁束φmax与最小磁束φmin的和用2除，来计算直流成分φZd。在图5中，最大磁束φmax是1.3[p.u.]，最小磁束φmin是－0.7[p.u.]。因而，直流成分φZd为(1.3－0.7)/2＝0.3[p.u.]。
根据本实施方式，即使不检测恒常磁束与残留磁束的交点，也能够决定用来接通断路器2的接通目标相位θc1、θc2。因而，即使是极间电容器22U、22V、22W与主触点21U、21V、21W并联连接的断路器2，也能够抑制当将变压器3电源接通时产生的变压器3的励磁涌流。
另外，在实施方式中，励磁涌流抑制装置6中的相位控制中的各种参数也可以为了进一步提高精度等而进行修正。例如，在断路器2的接通中，存在发生在主触点间的被称作弧前(pre-arc)的先行放电和由操作机构的动作偏离等引起的接通时间的偏离。对于因该弧前引起的接通偏离及断路器接通时的偏离，通过预先取得其特性，可以在进行相位控制时进行基于该特性的修正。通过进行这样的修正，即使有这些偏离，也能够更可靠地抑制励磁涌流。
此外，在实施方式中，将极间电容器22U、22V、22W作为断路器2的一部分的结构进行了说明，但并不限定于此。电容器只要与断路器的主触点并联连接，也可以为与断路器不同的结构。此外，断路器2也可以不将三相一体化，而由设在各相的3个断路器构成。
进而，在实施方式中，对基于直流成分计算部604的根据各相的残留磁束φZu、φZv、φZw来计算直流成分φZdu、φZdv、φZdw的方法的一例进行了说明，但并不限定于此。根据残留磁束φZu、φZv、φZw怎样计算直流成分φZdu、φZdv、φZdw都可以。此外，直流成分φZdu、φZdv、φZdw只要能够判断极性及各相的大小关系可知的程度的大小，也可以不求出正确的直流成分φZdu、φZdv、φZdw的值。
例如，直流成分计算部604也可以在运算出最大磁束φmax与最小磁束φmin的和后不用2除。即使是不用2除的值，相位检测部605也能够判断关注相及关注相的残留磁束的直流成分的极性。此外，直流成分计算部604并不限定于1周期，也可以在2周期以上的期间中求出最大磁束φmax及最小磁束φmin。此外，也可以代替最大磁束φmax(或最小磁束φmin)而计算多个正的峰值(或多个负的峰值)的均值。除此以外，直流成分计算部604也可以根据残留磁束φZu、φZv、φZw的瞬时值的极性的偏倚来判断直流成分φZdu、φZdv、φZdw。具体而言，如果极性是正，则残留磁束φZu、φZv、φZw的瞬时值的极性为正的情况较多，如果极性是负，则残留磁束φZu、φZv、φZw的瞬时值的极性为负的情况较多。此外，如果直流成分φZdu、φZdv、φZdw是零附近，则残留磁束φZu、φZv、φZw的瞬时值的正极性和负极性大致均等地出现。因而，也可以利用这些性质来判断直流成分φZdu、φZdv、φZdw的极性及大小。
此外，在实施方式中，通过电源电压检测器4U、4V、4W计测出电源母线1的各相电压Vu、Vv、Vw，但也可以计测电源母线1的各线间电压，从线间电压变换为相电压Vu、Vv、Vw。关于变压器端子电压检测器5U、5V、5W也是同样的。因而，变压器端子电压检测器5U、5V、5W也可以计测Δ接线的三次绕线303的线间电压。
进而，在实施方式中，基于由电源电压检测器4U、4V、4W检测出的检测信号来计测电源母线1的相电压Vu、Vv、Vw，但并不限定于此。也可以基于由变压器端子电压检测器5U、5V、5W检测的检测信号来计测电源母线1的相电压Vu、Vv、Vw。具体而言，也可以基于通过极间电容器22U、22V、22W而叠加在变压器端子上的较小的振幅的交流电压来计测电源母线1的相电压Vu、Vv、Vw。
此外，在实施方式中，变压器3只要是将三相交流电压变换为三相交流电压的三相变压器，就可以是任何的结构。因而，变压器3并不限于3绕线，也可以是2绕线，也可以具有4以上的绕线。此外，各绕线的接线是Y接线或Δ接线的哪种都可以，将它们怎样组合都可以。
进而，在实施方式中，只要结果相同，则可以适当变更运算的顺序及进行运算的场所(不论是励磁涌流抑制装置6的内部或外部、计算机或各种检测器等)。
另外，说明了本发明的一些实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不是要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

Claims (6)

1.一种励磁涌流抑制装置，控制对三相变压器与三相交流的电源之间的连接进行开闭的、在极间连接着电容器的断路器，以抑制励磁涌流，其特征在于，具备：
变压器侧电压计测机构，对上述断路器的上述三相变压器侧的三相交流电压进行计测；
残留磁束直流成分运算机构，基于由上述变压器侧电压计测机构计测出的三相交流电压，运算上述三相变压器的断路后的上述三相变压器的三相的残留磁束的直流成分；
关注相检测机构，检测由上述残留磁束直流成分运算机构运算出的上述三相的残留磁束的直流成分中的绝对值最大或绝对值最小的相，作为关注相；
电源侧电压计测机构，对上述断路器的上述电源侧的三相交流电压进行计测；
第1相位判断机构，判断由上述电源侧电压计测机构计测出的三相交流电压中的由上述关注相检测机构检测出的上述关注相的交流电压成为与由上述残留磁束直流成分运算机构运算出的上述残留磁束的上述关注相的直流成分的极性相反极性的峰值时的第1相位；
第1接通机构，在由上述第1相位判断机构判断出的上述第1相位，将上述关注相的上述断路器接通；
第2相位判断机构，判断由上述电源侧电压计测机构计测出的三相交流电压中的由上述关注相检测机构检测出的上述关注相的交流电压在比由上述第1相位判断机构判断出的上述第1相位靠后处成为零点的第2相位；
第2接通机构，在由上述第2相位判断机构判断出的上述第2相位，将上述关注相以外的2相的上述断路器接通。
2.如权利要求1所述的励磁涌流抑制装置，其特征在于，
上述残留磁束直流成分运算机构基于对上述残留磁束叠加的交流电压的峰值，运算上述残留磁束的直流成分的极性及大小。
3.如权利要求1或2所述的励磁涌流抑制装置，其特征在于，
上述第2相位判断机构在从由上述第1相位判断机构判断出的上述第1相位起经过了预先设定的时间后的相位，判断为上述第2相位。
4.一种励磁涌流抑制方法，控制对三相变压器与三相交流的电源之间的连接进行开闭的、在极间连接着电容器的断路器，以抑制励磁涌流，其特征在于，包括如下步骤：
计测上述断路器的上述三相变压器侧的三相交流电压；
基于计测出的上述三相变压器侧的三相交流电压，运算上述三相变压器的断路后的上述三相变压器的三相的残留磁束的直流成分；
检测运算出的上述三相的残留磁束的直流成分中的绝对值最大或绝对值最小的相，作为关注相；
计测上述断路器的上述电源侧的三相交流电压；
判断计测出的上述电源侧的三相交流电压中的检测出的上述关注相的交流电压成为与运算出的上述残留磁束的上述关注相的直流成分的极性相反的极性的峰值时的第1相位；
在判断出的上述第1相位，将上述关注相的上述断路器接通；
判断计测出的上述电源侧的三相交流电压中的检测出的上述关注相的交流电压在比判断出的上述第1相位靠后处成为零点的第2相位；以及
在判断出的上述第2相位，将上述关注相以外的2相的上述断路器接通。
5.如权利要求4所述的励磁涌流抑制方法，其特征在于，
基于对上述残留磁束叠加的交流电压的峰值来运算上述残留磁束的直流成分的极性及大小。
6.如权利要求4或5所述的励磁涌流抑制方法，其特征在于，
包含如下步骤：
在从判断出的上述第1相位经过了预先设定的时间后的相位，判断为上述第2相位。
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