CN105336478A - 一种变压器直流偏磁抑制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变压器直流偏磁抑制系统，所述变压器包括由两侧竖直铁心柱和上、下两根水平铁轭连接组成的闭合矩形框架状的铁芯、以及分别缠绕在两侧竖直铁芯柱上的一次绕组和二次绕组组成，所述系统包括设于两根水平铁轭中的其中一根水平铁轭上的磁通检测传感器和缠绕方向与所述一次绕组的缠绕方向相反的直流偏磁抑制绕组，所述磁通检测传感器通过控制系统与所述直流偏磁抑制绕组相连。本发明提供的技术方案结构简单可靠，可消除直流偏磁对变压器安全稳定运行的影响。

Description

一种变压器直流偏磁抑制系统

技术领域

本发明涉及一种直流偏磁抑制系统，具体讲涉及一种变压器直流偏磁抑制系统。

背景技术

随着电网“西电东送、南北互供、全国联网”战略的实施，适合大功率、远距离输电的超高压直流输电(HVDC)技术得到了越来越广泛的应用。采用直流输电技术进行长距离输电，可以提高电力系统运行的经济性、稳定性和调度的灵活性，具有广阔的发展前景。

然而在实际运行中发现，当直流输电系统以单极大地回路运行方式时，易导致其周围交流变电站的变压器出现直流偏磁现象，换流变压器也会产生直流偏磁现象。造成变压器直流偏磁现象的还有地磁感应电流，太阳耀斑爆发会在长距离输电线路中产生地磁感应电流(GIC)，其峰值可达ZOOA，频率在0.001-0.1Hz之间，与交流系统的50Hz工频相比可近似看作直流电流。

上述两种情况引发直流偏磁的过程基本相同。都是直流电流在两接地变压器间产生电位差，直流电流流过变压器使铁心饱和，导致励磁电流畸变，产生大量谐波，使铁心无功损耗增大，还可能引起系统的电压严重降低，导致系统的继电器误动作。直流偏磁除了对电力系统产生影响外，对变压器本身也有很大影响，严重的磁饱和会使正常情况下在铁心中闭合的磁通部分离开铁心，使变压器金属结构件损耗增加，导致局部过热现象，破坏绝缘，损坏变压器或降低使用寿命。

目前，国内外关于抑制流入变压器中性点直流电流的方法主要有3种：①在变压器中性点装设电阻，限制直流电流的大小；②反向电流补偿法，利用反向的直流电流来抵消或削弱直流电流的不利影响；③在变压器中性点装设电容，阻断直流电流。

上述方法主要是集中在在变压器中性点上安装附加装置，从而达到削弱或阻断变压器中性点直流电流的目的，对改变变压器本身结构以减小直流偏磁效应并没有进行过多的研究。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种变压器直流偏磁抑制系统，该系统从变压器自身出发，通过对变压器进行自身结构改进来抑制变压器的直流偏磁现象。

本发明提供的技术方案是：一种变压器直流偏磁抑制系统，所述变压器包括由两侧竖直铁心柱和上、下两根水平铁轭连接组成的闭合矩形框架状的铁芯、以及分别缠绕在两侧竖直铁芯柱上的一次绕组和二次绕组组成，其改进之处在于：所述系统包括设于两根水平铁轭中的其中一根水平铁轭上的磁通检测传感器和缠绕方向与所述一次绕组的缠绕方向相反的直流偏磁抑制绕组，所述磁通检测传感器通过控制系统与所述直流偏磁抑制绕组相连。

优选的，所述磁通检测传感器监测变压器磁通量，所述控制系统根据所述变压器磁通量计算得到流入所述一次绕组中性点的直流电流，并控制所述直流偏磁抑制绕组产生与所述直流电流大小相等、方向相反的直流电流，以抑制所述变压器因一次绕组中性点的直流电流所引起的直流偏磁现象。

优选的，所述变压器为三相风冷变压器，所述变压器的一次绕组、二次绕组的联结组别均采用YNd11。

优选的，所述控制系统包括数据转换处理模块、直流偏磁控制模块和补偿电流发生模块，所述磁通检测传感器实时监测变压器磁通量，并将所述变压器磁通量转化为对应模拟信号后传输给所述数据转换处理模块，所述数据转换处理模块将接收到的模拟信号转化为数字信号后传输给所述直流偏磁控制模块，所述直流偏磁控制模块通过相应算法从所述数字信号中提取直流磁通数据，并根据所述直流磁通数据计算流入一次绕组中性点的直流电流，从而产生相应的控制信号，控制所述补偿电流发生模块产生与一次绕组中性点的直流电流大小相等的直流补偿电流，并注入到所述直流偏磁抑制绕组。

进一步，所述补偿电流发生模块包括限流元件、可控回路开关、扼流圈、可控整流电路和电压保护元件；所述直流偏磁抑制绕组、所述限流元件、所述可控回路开关、所述扼流圈和所述可控整流电路依次连接后形成一个环形回路，所述电压保护元件的两端分别连接在所述可控回路开关与所述扼流圈之间、以及所述可控整流电路与所述直流偏磁抑制绕组之间。

进一步，直流偏磁控制模块分别连接并控制所述可控回路开关和所述可控整流电路，当所述直流偏磁控制模块判断变压器磁通量中包含直流磁通时，计算需要产生的直流补偿电流大小，并控制所述可控整流电路产生相应的直流补偿电流、以及控制所述可控回路开关闭合，以使所述可控整流电路产生的直流补偿电流注入到直流偏磁抑制绕组内；

当所述直流偏磁控制模块判断变压器磁通量中不包含直流磁通时，控制所述可控回路开关断开。

进一步，所述数据转换处理模块通过光纤与所述磁通检测传感器相连。

进一步，两根水平铁轭中的另一根水平铁轭上缠绕有供能绕组，所述供能绕组的输出端分别连接并提供电能给可控整流电路、直流偏磁控制模块和数据转换处理模块。

进一步，磁通检测传感器通过如下方式安装在所述水平铁轭上：在需要安装磁通检测传感器的水平铁轭处包裹绝缘层，将所述磁通检测传感器安装在绝缘层表面，在所述磁通检测传感器表面包裹绝缘层。

与最接近的现有技术相比，本发明具有如下显著进步：

1、本发明提供的变压器直流偏磁抑制系统基于变压器自身结构改进，通过磁通检测传感器可实时监测变压器磁通量，通过控制系统可有效提取变压器磁通量中的直流磁通数据，从而控制直流偏磁绕组产生相应的直流补偿电流，可有效抑制变压器中的直流偏磁现象，消除直流偏磁对变压器安全稳定运行的影响。

2、在变压器的水平铁轭上绕制供能绕组，用于为整套直流偏磁抑制系统提供电源，不需要额外加装外设电源，结构简单，成本低。

3、控制系统中设置有电压保护元件和限流元件，能有效克服直流偏磁抑制绕组感应电压、电流过高的问题，保障系统稳定、可靠运行。

4、磁通检测传感器与数据转换处理模块之间通过光纤连接，信号传输时，绝缘性能好，抗电磁干扰能力强。

5、磁通检测传感设于绝缘层之间，抗干扰能力强，无需维护。

附图说明

图1为本发明提供的变压器直流偏磁抑制系统的结构示意图；

图2为直流偏磁抑制系统的结构框图；

图3为控制系统的结构示意图。

其中：1-一次绕组；2-铁心柱；3-绝缘层；4-磁通检测传感器；5-铁轭；6-直流偏磁抑制绕组；7-供能绕组；8-二次绕组；9-限流元件；10-可控回路开关；11-电压保护元件；12-可控整流电路；13-扼流圈。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。

本发明提供的变压器直流偏磁抑制系统的结构如图1所示：所述变压器包括由两侧竖直铁心柱2和上、下两根水平铁轭5连接组成的闭合矩形框架状的铁芯、以及分别缠绕在两侧竖直铁芯柱上的一次绕组1和二次绕组8组成，所述变压器为三相风冷变压器，所述变压器的一次绕组1、二次绕组8的联结组别均采用YNd11。

直流偏磁抑制系统包括设于变压器两根水平铁轭5中的其中一根水平铁轭5上的磁通检测传感器4和缠绕方向与所述一次绕组1的缠绕方向相反的直流偏磁抑制绕组6，直流偏磁抑制绕组6用于产生反向的直流磁通，抑制变压器直流偏磁。所述磁通检测传感器4通过控制系统与所述直流偏磁抑制绕组6相连。

所述磁通检测传感器4监测变压器磁通量，所述控制系统根据所述变压器磁通量计算得到流入所述一次绕组1中性点的直流电流，并控制所述直流偏磁抑制绕组6产生与所述直流电流大小相等、方向相反的直流电流，以抑制所述变压器因一次绕组1中性点的直流电流所引起的直流偏磁现象。

控制系统的硬件框图如图2所示：所述控制系统包括数据转换处理模块、直流偏磁控制模块和补偿电流发生模块，所述磁通检测传感器4实时监测变压器磁通量，并将所述变压器磁通量转化为对应模拟信号后传输给所述数据转换处理模块，所述数据转换处理模块将接收到的模拟信号转化为数字信号后传输给所述直流偏磁控制模块，所述直流偏磁控制模块通过相应算法从所述数字信号中提取直流磁通数据，并根据所述直流磁通数据计算流入一次绕组1中性点的直流电流，从而产生相应的控制信号，控制所述补偿电流发生模块产生与一次绕组1中性点的直流电流大小相等的直流补偿电流，并注入到所述直流偏磁抑制绕组6。

所述数据转换处理模块通过光纤与所述磁通检测传感器4相连，传输信号时，绝缘特性好、抗电磁干扰能力强。

所述补偿电流发生模块、所述直流偏磁控制模块和所述数据转换处理模块的工作电能由供能绕组7提供，所述供能绕组7缠绕在两根水平铁轭5中的另一根水平铁轭5上，不需要额外加装外设电源，结构简单，降低了成本。

所述补偿电流发生模块的结构示意图如图3所示：所述补偿电流发生模块包括限流元件9、可控回路开关10、扼流圈13、可控整流电路12和电压保护元件11；所述直流偏磁抑制绕组6、所述限流元件9、所述可控回路开关10、所述扼流圈13和所述可控整流电路12依次连接后形成一个环形回路，所述电压保护元件11的两端分别连接在所述可控回路开关10与所述扼流圈13之间、以及所述可控整流电路12与所述直流偏磁抑制绕组6之间。扼流圈13能有效抑制经变压器直流偏磁抑制绕组6感应产生的交流感应电压。电压保护元件11和限流元件9能有效克服直流偏磁抑制绕组6感应电压、电流过高的问题，保障系统稳定、可靠运行。

直流偏磁控制模块分别连接并控制所述可控回路开关10和所述可控整流电路12，当所述直流偏磁控制模块判断变压器磁通量中包含直流磁通时，其计算需要产生的直流补偿电流大小(该直流补偿电流的大小等于磁路中由变压器一次绕组1中性点注入的直流电流大小)，并控制所述可控整流电路12产生相应的直流补偿电流、以及控制所述可控回路开关10闭合，以使所述可控整流电路12产生的直流补偿电流注入到直流偏磁抑制绕组6内；从而达到变压器直流偏磁抑制效果。

当所述直流偏磁控制模块判断变压器磁通量中不包含直流磁通时，控制所述可控回路开关10断开。

所述磁通检测传感器4通过如下方式安装在所述水平铁轭5上：在需要安装磁通检测传感器4的水平铁轭5处包裹绝缘层3，将所述磁通检测传感器4安装在绝缘层3表面，在所述磁通检测传感器4表面包裹绝缘层。该磁通检测传感器4抗干扰能力强，无需维护。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，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，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种变压器直流偏磁抑制系统，所述变压器包括由两侧竖直铁心柱和上、下两根水平铁轭连接组成的闭合矩形框架状的铁芯、以及分别缠绕在两侧竖直铁芯柱上的一次绕组和二次绕组组成，其特征在于：所述系统包括设于两根水平铁轭中的其中一根水平铁轭上的磁通检测传感器和缠绕方向与所述一次绕组的缠绕方向相反的直流偏磁抑制绕组，所述磁通检测传感器通过控制系统与所述直流偏磁抑制绕组相连。

2.根据权利要求1所述的一种变压器直流偏磁抑制系统，其特征在于：

所述磁通检测传感器监测变压器磁通量，所述控制系统根据所述变压器磁通量计算得到流入所述一次绕组中性点的直流电流，并控制所述直流偏磁抑制绕组产生与所述直流电流大小相等、方向相反的直流电流，以抑制所述变压器因一次绕组中性点的直流电流所引起的直流偏磁现象。

3.根据权利要求1所述的一种变压器直流偏磁抑制系统，其特征在于：

所述变压器为三相风冷变压器，所述变压器的一次绕组、二次绕组的联结组别均采用YNd11。

4.根据权利要求1所述的一种变压器直流偏磁抑制系统，其特征在于：

所述控制系统包括数据转换处理模块、直流偏磁控制模块和补偿电流发生模块，所述磁通检测传感器实时监测变压器磁通量，并将所述变压器磁通量转化为对应模拟信号后传输给所述数据转换处理模块，所述数据转换处理模块将接收到的模拟信号转化为数字信号后传输给所述直流偏磁控制模块，所述直流偏磁控制模块通过相应算法从所述数字信号中提取直流磁通数据，并根据所述直流磁通数据计算流入一次绕组中性点的直流电流，从而产生相应的控制信号，控制所述补偿电流发生模块产生与一次绕组中性点的直流电流大小相等的直流补偿电流，并注入到所述直流偏磁抑制绕组。

5.根据权利要求4所述的一种变压器直流偏磁抑制系统，其特征在于：

所述补偿电流发生模块包括限流元件、可控回路开关、扼流圈、可控整流电路和电压保护元件；所述直流偏磁抑制绕组、所述限流元件、所述可控回路开关、所述扼流圈和所述可控整流电路依次连接后形成一个环形回路，所述电压保护元件的两端分别连接在所述可控回路开关与所述扼流圈之间、以及所述可控整流电路与所述直流偏磁抑制绕组之间。

6.根据权利要求5所述的一种变压器直流偏磁抑制系统，其特征在于：

直流偏磁控制模块分别连接并控制所述可控回路开关和所述可控整流电路，当所述直流偏磁控制模块判断变压器磁通量中包含直流磁通时，计算需要产生的直流补偿电流大小，并控制所述可控整流电路产生相应的直流补偿电流、以及控制所述可控回路开关闭合，以使所述可控整流电路产生的直流补偿电流注入到直流偏磁抑制绕组内；

当所述直流偏磁控制模块判断变压器磁通量中不包含直流磁通时，控制所述可控回路开关断开。

7.根据权利要求4所述的一种变压器直流偏磁抑制系统，其特征在于：

所述数据转换处理模块通过光纤与所述磁通检测传感器相连。

8.根据权利要求5所述的一种变压器直流偏磁抑制系统，其特征在于：

两根水平铁轭中的另一根水平铁轭上缠绕有供能绕组，所述供能绕组的输出端分别连接并提供电能给可控整流电路、直流偏磁控制模块和数据转换处理模块。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种变压器直流偏磁抑制系统，其特征在于：

磁通检测传感器通过如下方式安装在所述水平铁轭上：在需要安装磁通检测传感器的水平铁轭处包裹绝缘层，将所述磁通检测传感器安装在绝缘层表面，在所述磁通检测传感器表面包裹绝缘层。