CN107302216B - YNd11型三相变压器空投励磁涌流抑制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种YNd11型三相变压器空投励磁涌流抑制方法，该方法包括如下步骤：首先，保护装置对变压器稳态运行过程中互感器的电压电流进行采样并记录；收到分闸信号后，根据采样获得的三相电压电流信息确定分闸时间，使得B相电流最后熄弧；然后根据B相电流熄弧时刻确定其熄弧电压相角；最后，根据以上信息确定变压器合闸顺序及合闸相角；该方法只需采样YNd11型三相变压器运行时三相电压电流波形以控制B相电流最后熄弧，同时获得其电压熄弧相角信息，据此确定合闸顺序及合闸电压相角，即可抑制空载合闸励磁涌流，相关参数易获取，可以方便的用于实际工程中。
Description
技术领域
本发明属于变压器励磁涌流抑制技术领域，涉及一种基于选相分合闸的YNd11型三相变压器空投励磁涌流抑制方法。
背景技术
电力变压器是电力系统的核心设备之一,其正常工作与否直接关系到电力系统能否连续稳定地运行,变压器由于故障造成损坏后其检修难度大、检修周期长，不但会影响电力系统的正常运行,甚至会造成不可估量的经济损失和社会影响。变压器在空载投入时或外部故障切除后电压恢复时,由于铁芯磁通不能突变，由于电压突变而产生的暂态磁通可能导致铁芯发生饱和，将会在变压器电压突变的一侧产生数值很大的电流,该电流被称为励磁涌流。
变压器正常工作时励磁电流很小，而励磁涌流的幅值可能达到额定电流的6～8倍，一方面可能造成继电保护误动作使变压器投运失败,另一方面可能使绕组变形影响变压器使用寿命；同时励磁涌流中含有的大量谐波分量将会污染电网,恶化电能质量；对于并列运行或者上级变压器，励磁涌流可能诱发和应涌流,干扰邻近运行变压器,导致变压器及断路器因电动力过大受损,诱发操作过电压、损坏电器设备等后果。因此必须采取措施抑制变压器的励磁涌流,从而减少励磁涌流带来的种种破坏性后果。
目前抑制变压器励磁涌流的方法主要分为以下两类：1)从内部进行控制。即从变压器铁芯的励磁原理出发,通过改变变压器的内部结构以达到削减励磁涌流的目的,例如改变变压器原、副边绕组的分布法等。但该类方法但由于需要改变变压器的结构,这将会带来其它的问题,如是否会使变压器的绝缘变坏或影响变压器的稳态运行等等,使其发展具有一定的局限性。2)从外部进行控制。即在变压器外部采取一些补救措施以削减励磁涌流,例如串联电阻法、低压侧加装电容器法、软启动法和选相合闸技术等。其中前两种方法需要投入附加设备，增加了运行维护成本，第三种方法存在参数整定及控制问题，励磁涌流抑制效果欠佳。
选相合闸技术是随着开关技术的发展而提出的一种新型电力设备的关合手段,也是有效抑制电力系统操作过电压和涌流以及全面提高电能质量的关键技术。选相合闸技术抑制励磁涌流的原理是控制断路器动静触头在系统电压或电流波形的指定相位角时刻进行开关关合,使合闸时刻的铁芯剩磁与由系统电压决定的预感应磁通相同，从而削弱励磁涌流。该法从励磁涌流产生的根本原因一一铁芯磁通过饱和的角度入手,理论上可以完全消除励磁涌流。作为新型主流研究方向,该方法对提高电力系统运行稳定性和经济性意义深远,且应用前景广阔。
将该法应用于抑制变压器空载合闸励磁涌流的关键在于选择最佳的合闸相位角，即包括对变压器铁芯剩磁信息的掌握及相间合闸顺序的配合。对于YNd11型三相变压器来说，原边绕组为中性点接地的星型接法，副边绕组为三角形接法，断路器分闸后三相电流依次过零熄弧。首断相熄弧后，受到三角形绕组的作用，未熄弧相电压在首断相副边产生感应电压，导致首断相剩磁发生变化，第二相熄弧后类似。最后一相熄弧后，其剩磁仅由绕组外加电压决定(忽略线圈电阻和漏磁通)而不再进一步变化，因此通过监测分闸期间末相熄弧电压即可掌握其剩磁信息，据此确定最佳合闸相角。本发明充分考虑断路器的熄弧特性、变压器铁芯结构及绕组联结方式等因素的影响，给出了一种针对YNd11型三相变压器选相合闸方法，该方法可以很好的抑制变压器空载合闸产生的励磁涌流。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种YNd11型三相变压器空投励磁涌流抑制方法，该方法只需采样YNd11型三相变压器运行时三相电压电流波形以控制B相电流最后熄弧，同时获得其电压熄弧相角信息，据此确定合闸顺序及合闸电压相角，即可抑制空载合闸励磁涌流，相关参数易获取，可以方便的用于实际工程中。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
YNd11型三相变压器空投励磁涌流抑制方法，包括如下步骤：
步骤1：YNd11型三相变压器运行期间，信号采集装置通过互感器对其三相电压电流波形进行采样并记录；
步骤2：根据步骤1采样获得的三相电流波形，检测B相电流过零时刻t0B，据此控制断路器分闸后B相电流最后熄弧，同时记录B相电流熄弧时刻tdB；
步骤3：根据步骤2所得的B相电流熄弧时刻tdB，结合步骤1采样获得的三相电压波形，确定B相熄弧电压相角所述以B相电压正向过零点为参考点，即当B相于电压正向过零点熄弧时，
步骤4：收到合闸信号后首先对B相合闸，合闸电压相角为延时2～3周波后对A、C相同时合闸，合闸电压相角为βA(C)＝0°或βA(C)＝180°，所述合闸相角均以B相电压正向过零点为参考点。
所述步骤2中的控制断路器分闸后B相电流最后熄弧包括以下步骤：
步骤1：检测B相电流过零时刻t0B；
步骤2：控制B相电流过零后1/6周波内断路器分闸；
Ynd11型三相变压器原边为中性点接地的星型接法，正常运行时三相电流对称，相位互差120°；断路器分闸后，由于电流过零点熄弧特性，三相电流依次熄弧。控制B相电流最后熄弧即为控制B相电流最后过零，通过控制在B相电流过零点后1/6周波内使断路器分闸即可，此时熄弧顺序为A-C-B。
所述步骤3中的确定B相熄弧电压相角包括以下步骤：
步骤1：根据电压录波波形确定B相电压正向过零点时刻t0；
步骤2：以t0时刻为参考点，计算B相熄弧电压相角为
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
1、相关参数易获取。即该励磁涌流抑制方法所有参数均可通过直接测量获得。
2.相比于传统选相关合抑制YNd11型三相变压器空投励磁涌流方法，充分考虑了铁芯剩磁的影响，励磁涌流抑制效果更好。
附图说明
图1为正常运行时原边三相电流波形图。
图2为Ynd11型三相变压器连接组示意图。
图3为本发明方法的整体方案图。
图4为B相合闸后三相动态磁通图。
图5为仿真模型图。
图6为仿真得到的分闸电流波形图。
图7为仿真得到的分闸电压波形图。
图8为仿真得到的合闸电压波形图。
图9为仿真得到的合闸电流波形图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的说明：
如图1所示为正常运行时原边三相电流波形图，三相电流对称且相位互差120°。由于断路器分闸后电流过零点熄弧特性，三相电流依次断开。考虑到一体式变压器(三相三柱式及三相五柱式)两边柱(A、C相)磁路对称，但不同于中间柱(B相)磁路，令B相为特殊相。通过控制断路器于B相电流过零点后1/6周波内(Δt1或Δt2段)分闸，即可控制B相电流最后熄弧，此时三相电流熄弧顺序为A-C-B。
Ynd11型三相变压器原边为中性点接地的星型接法，A相电流熄弧后，B、C相原边绕组压降仍为系统电压UB和UC(忽略系统阻抗及原边)，则在副边绕组有感应电压UB'和UC'，由于三角形绕组的作用，副边三相绕组电压和为0，因此在A相副边绕组感应出电压为
UA'＝-(UB'+UC') (1)
A相铁芯磁通在其电流断开之后进一步变化,剩磁不再保持为其电流熄弧时的数值。类似地，C相电流熄弧后剩磁同样会受到B相感应电压的影响而变化，直到B相电流熄弧，三相铁芯磁通保持不变即为剩磁，其中B相剩磁即为其熄弧时刻磁通。
如图2所示为YNd11型三相变压器连接组示意图，设B相电源电压为uB(t)＝Umsin(ωt+α)，Um是原边绕组电压峰值，ω为电压角频率，α为电源电压初相角，可定义某时刻的电压相角为
对B相变压器一次绕组列回路电压方程为：
其中：R是变压器一次回路等效电阻，i是变压器一次回路电流，N1是原边绕组匝数，φB是B相铁芯磁通；由于变压器一次回路等效电阻R很小，常可忽略不计，则有
即：
两边积分得：
图3为本发明方法的整体方案图,图中：XL表示线路阻抗，TV表示电压互感器，TA表示电流互感器，QF表示三相断路器。对三相断路器QF进行分闸操作，信号采集装置通过TA及TV采集三相电压电流波形。通过电流互感器TA和电压互感器TV采集YNd11型三相变压器分闸期间原边绕组电压电流信息，该变压器在三相对称系统中正常运行时原边三相电流大小相等，相位互差120°，由于各相断路器在电流过零时自然分断，故三相分闸时刻非同期。控制断路器分闸后B相最后断开，熄弧电压相角为结合式(1)和式(5)可知其铁芯剩磁为
据此即可确定YNd11型三相变压器的合闸顺序及最佳合闸相角。
设B相合闸时刻t＝t0'，合闸电压相角为βB，即有ωt0'+α＝βB，根据式(3)可得合闸后磁通表达式为
其中，为稳态磁通峰值，L为等效励磁电感。
令ΦrB+φmcosβB＝0，结合式(7)，选择最佳合闸相角βB，则有
B相合闸后，由于三角形绕组的作用，A、C相绕组会有感应电压产生，其铁芯磁通不再保持为剩磁不变，而是随B相磁通变化的动态磁通，如图4所示。A、C相磁路对称且受磁通平衡效应的影响，B相合闸后2～3周波后A、C相磁通近似相等。YNd11型三相变压器副边三角形接法使得三相绕组电压和恒为0，由于铁芯磁通为绕组电压的积分，故有
φA+φB+φC＝0 (10)
因此进入稳态后，A、C相磁通大小为B相磁通的1/2，相位滞后180°。在B相磁通峰值即βA(C)＝0°或βA(C)＝180°处，A、C相铁芯磁通近似等于其预感应磁通，此时对A、C两相合闸，磁通将迅速进入稳态而不发生铁芯饱和，励磁涌流得到抑制。
实施例
图5为搭建的仿真模型，本仿真模型中变压器为三相双绕组变压器组，额定电压为345/289kV，额定容量为1209MVA，额定空载电流约为2A。通过图5中I、V采集变压器原边绕组电流和电压波形,控制开关在电压波形的不同相角处开断，观测原边绕组电流波形。
仿真得到的电流电压波形分别如图6和图7所示，由图6可知三相电流熄弧顺序为A-C-B，对照图7可知B相熄弧电压相角为
故可确定该变压器三相合闸顺序为B-A(C)，带入公式(9)可得B相最佳合闸电压相角为βB＝202°，A(C)相最佳合闸电压相角为βA(C)＝0°或βA(C)＝180°。依照上述合闸相角合闸时的电压电流波形分别如图8和图9所示，可以看出合闸期间三相电流幅值均接近稳态空载电流，励磁涌流被有效抑制。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.YNd11型三相变压器空投励磁涌流抑制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：YNd11型三相变压器运行期间，信号采集装置通过互感器对YNd11型三相变压器的三相电压电流波形进行采样并记录；
步骤2：根据步骤1采样获得的三相电流波形，检测B相电流过零时刻t0B，据此控制断路器分闸后B相电流最后熄弧，同时记录B相电流熄弧时刻tdB；
步骤3：根据步骤2所得的B相电流熄弧时刻tdB，结合步骤1采样获得的三相电压波形，确定B相熄弧电压相角所述以B相电压正向过零点为参考点，即当B相于电压正向过零点熄弧时，
步骤4：收到合闸信号后首先对B相合闸，合闸电压相角为延时2～3周波后对A、C相同时合闸，合闸电压相角为βA(C)＝0°或βA(C)＝180°，所述合闸电压相角均以B相电压正向过零点为参考点。
2.根据权利要求1所述的YNd11型三相变压器空投励磁涌流抑制方法，其特征在于，所述步骤2中的控制断路器分闸后B相电流最后熄弧，包括以下步骤：
步骤1：检测B相电流过零时刻t0B；
步骤2：控制B相电流过零后1/6周波内断路器分闸；
Ynd11型三相变压器原边为中性点接地的星型接法，正常运行时三相电流对称，相位互差120°；断路器分闸后，由于电流过零点熄弧特性，三相电流依次熄弧；控制B相电流最后熄弧即为控制B相电流最后过零，通过控制在B相电流过零点后1/6周波内使断路器分闸即可，此时熄弧顺序为A-C-B。
3.根据权利要求1所述的YNd11型三相变压器空投励磁涌流抑制方法，其特征在于，所述步骤3中的确定B相熄弧电压相角包括以下步骤：
步骤1：根据电压录波波形确定B相电压正向过零点时刻t0；
步骤2：以t0时刻为参考点，计算B相熄弧电压相角为
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