CN107910848A - 一种励磁涌流的抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种励磁涌流的抑制方法，包括步骤：步骤S1，对各断路器的模拟值的每周波的若干个点进行采样，设定预设合闸时间，设定合闸整定角度为90°或270°，设定额定电流峰值；步骤S2，断路器合闸时，获得实际合闸时间、合闸角度和合闸电流峰值，并计算获得合闸时间差和合闸角度差；步骤S3，断路器分闸；步骤S4，根据合闸角度差，修正合闸时间以作为下一次合闸时间，获得新的合闸角度和电路峰值，当合闸角度接近合闸整定角度且电流峰值接近额定电流峰值时，则励磁涌流抑制成功；否则，继续重复步骤S3和步骤S4。本发明通过灵活的控制方法实现了有效地抑制了励磁涌流，为继电器在各种现场各种特殊工况下提供了极大的方便性和灵活性。

Description

一种励磁涌流的抑制方法

技术领域

本发明涉及的是用于电气领域的抑制方法，尤其涉及一种励磁涌流的抑制方法。

背景技术

目前，在空投变压器的时候，系统的三相电压的相角都是随机的，如果不找准合适的时刻合闸，就会产生很大的励磁涌流。产生励磁涌流的原因，不仅与变压器结构有关，而且还与合闸前变压器铁芯中剩磁的大小、方向以及合闸角有关；另外还与变压器的容量、距大电源的距离(即变压器与电源之间的联系阻抗)、变压器或电流互感器是否饱和等等有关。

励磁涌流产生的不良后果具体如下：

1、引发变压器的继电保护装置误动，使变压器各侧负荷全部停电，使变压器的投运频频失败；

2、如果A电站一台变压器空载接入电源产生的原始励磁涌流，诱发电网内邻近其他B电站、C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；

3、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；

4、诱发操作过电压，损坏电气设备；

5、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；

6、励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染；

7、造成电网电压骤升或骤降，影响其他电气设备正常工作。

因此，励磁涌流产生的负面影响很多，不仅会对运行设备造成危害，而且会导致保护装置误动，严重威胁系统运行的安全、可靠、稳定性。

对于励磁涌流，尽管数十年来人们为解决这个问题一直在努力，但并未能解决，特别是空投变压器或电抗器的励磁涌流，传统的做法是保护装置采用谐波制动、放大动作电流定值等方法躲过励磁涌流，用物理和数学方法进行特征识别，以防止励磁涌流导致继电保护装置误动。因为采取的是躲避的方式，励磁涌流的存在对供电质量造成影响和对一次设备造成损伤。而且，随着变压器铁芯材料的不断改进，空投变压器时，此时铁芯磁通量极大，变压器处于磁化曲线(B-H曲线)的非线性区域(深度饱和也会产生二次谐波分量)。一般各次谐波分量是间接依照B-H曲线线性区间科学计算得出，有研究表明变压器铁芯深度饱和的时候，实际产生的谐波分量有时比理论值减少10％，这样就给变压器的差动保护带来严重的不可测的后果。还有，由于谐波制动量太低，不能正常地闭锁差动元件，励磁涌流严重影响变压器差动保护安全。

针对以上励磁涌流问题，亟需找到其解决方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的缺陷，现提供一种励磁涌流的抑制方法，针对不同磁路结构、不同接线组别、不同断路器控制方式，在恰当的时机通过输出接点驱动断路器的合闸或分闸控制回路，通过灵活的控制方法实现了有效地抑制了励磁涌流，为继电器在各种现场各种特殊工况下提供了极大的方便性和灵活性。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本发明一种励磁涌流的抑制方法，其特点在于，所述励磁涌流的抑制方法包括以下步骤：

步骤S1，对各断路器的模拟值的每周波的若干个点进行采样，计算得出电压电流的基波和正负零序值，获得所述模拟值的幅值和相角；根据所述模拟值的幅值和相角，设定预设合闸时间，设定合闸整定角度为90°或270°，设定额定电流峰值；

步骤S2，所述断路器合闸时，通过开入量中断捕获所述断路器的合闸动作位置，从向所述断路器发出合闸信号开始瞬间计时，直到捕获所述断路器合闸动作成功瞬间的时刻，获得实际合闸时间、合闸角度和合闸电流峰值，并计算获得合闸时间差和合闸角度差，所述合闸时间差为所述合闸时间与所述预设合闸时间的差值，所述合闸角度差为所述合闸角度与所述合闸整定角度的差值；

步骤S3，所述断路器分闸；

步骤S4，根据所述合闸角度差，修正所述合闸时间以作为下一次合闸时间，所述断路器在进行下一次合闸时按照所述修正的合闸时间进行合闸，获得新的合闸角度和电路峰值，当所述合闸角度接近所述合闸整定角度且所述电流峰值接近所述额定电流峰值时，则励磁涌流抑制成功；

否则，继续重复所述步骤S3和步骤S4，直到所述合闸角度接近所述合闸整定角度且所述电流峰值接近所述额定电流峰值。

其中重复的原因是由于断路器的实际操作机构均为机械式，为了取得平均值多测1～2次为了取平均值，使得励磁涌流抑制效果逼近最佳。

优选地，所述步骤S1中，所述每周波的若干个点进行采样为每周波的512个点进行采样。

优选地，所述励磁涌流的抑制方法还包括步骤：

通过有线通讯对所述断路器的合闸动作位置进行监测。

优选地，所述励磁涌流的抑制方法还包括以下步骤：

所述步骤S1中，根据所述模拟值的幅值和相角，还预设分闸时间，设定分闸整定角度为90°或270°；

所述步骤S3中，所述断路器分闸时，通过开入量中断捕获所述断路器的分闸动作位置，从所述断路器发出分闸信号开始瞬间计时，直到捕获所述断路器分闸动作成功瞬间的时刻，获得分闸时间、分闸角度和分闸电流峰值，并计算获得分闸时间差和分闸角度差，所述分闸时间差为所述分闸时间与所述预设分闸时间的差值，所述分闸角度差为所述分闸角度与所述分闸整定角度的差值；

所述步骤S4中，还根据所述分闸时间差和所述分闸角度差修正所述合闸时间。

优选地，所述励磁涌流的抑制方法还包括步骤：

通过供电中断对所述断路器的分闸动作位置进行监测。

优选地，所述励磁涌流的抑制方法还包括步骤：

记录所述断路器合闸动作和所述断路器分闸动作进行顺序事件记录和数字故障记录。

本发明的积极进步效果在于：

本发明针对不同磁路结构、不同接线组别、不同断路器控制方式，在恰当的时机通过输出接点驱动断路器的合闸或分闸控制回路，通过灵活的控制方法实现了有效地抑制了励磁涌流，为继电器在各种现场各种特殊工况下提供了极大的方便性和灵活性；运用精确的相位控制技术，用二次设备控制一次设备，"对症下药"，"有的放矢"，从根本上实现励磁涌流的有效抑制，标本兼治；还能对系统电压电流测量、顺序事件报表、数字故障记录、远方整定、断路器运行时间和供电中断等进行监视，对断路器电阻进行加热保护，只需简单的硬件设置和有效的数字信号处理就足以保证其可靠性；另外，强大自检功能和通讯功能大大提高了它的适用性；可对每一相断路器的闭合时间(pickup)分别进行设置，因此用户可对各相选择不同的延时，精度高达0.01周波，合闸相角精度高达3.6度。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

本发明一种励磁涌流的抑制方法，其包括以下步骤：

步骤S1，对各断路器的模拟值的每周波的若干个点进行采样，计算得出电压电流的基波和正负零序值，获得所述模拟值的幅值和相角；根据所述模拟值的幅值和相角，设定预设合闸时间，设定合闸整定角度为90°或270°，设定额定电流峰值；对每个断路器的模拟量每周波采样128个点，快速进行fft运算，算得各类模拟值的幅值和相角；

步骤S2，所述断路器合闸时，通过开入量中断捕获所述断路器的合闸动作位置，从向所述断路器发出合闸信号开始瞬间计时，直到捕获所述断路器合闸动作成功瞬间的时刻，获得实际合闸时间、合闸角度和合闸电流峰值，并计算获得合闸时间差和合闸角度差，所述合闸时间差为所述合闸时间与所述预设合闸时间的差值，需要精确补偿合闸时间差，提前发出合闸信号，来使得断路器在所需要的时刻合上断路器；所述合闸角度差为所述合闸角度与所述合闸整定角度的差值；

步骤S3，所述断路器分闸；

步骤S4，根据所述合闸角度差，修正所述合闸时间以作为下一次合闸时间，所述断路器在进行下一次合闸时按照所述修正的合闸时间进行合闸，获得新的合闸角度和电路峰值，当所述合闸角度接近所述合闸整定角度且所述电流峰值接近所述额定电流峰值时，则励磁涌流抑制成功；

否则，继续重复所述步骤S3和步骤S4，直到所述合闸角度接近所述合闸整定角度且所述电流峰值接近所述额定电流峰值。

容性负载是因为投切瞬间电容器两端的电压不能突变所致；相反感性负载是因为磁链守恒定律，在投切瞬间电流不能突变所致。以变压器为例，变压器磁路中可能产生的磁通有三类，即剩磁、偏磁和稳态交变磁通。

剩磁：变压器绕组在脱离电源后，留在磁路中的单极性磁通，其极性及数值取决于绕组断电瞬间交变磁通的极性及数值，由于交变磁通是由加在绕组上的交流电压产生的，因而剩磁的极性及数值和断电瞬间交流电压的相位角有关。只要磁路所处环境温度低于磁路材料的居里点，以及外界没有强干扰电磁场，剩磁是不会自行消失的。

偏磁：变压器绕组上突然施加一个电压，或是外施电压值突增诱发的单极性磁通，其极性与该电压突增瞬间拟产生新磁通的极性相反，而数值相等。偏磁将由此值按时间常数衰减直至为零。显然，偏磁的极性与数值与上电瞬间交流电压的合闸相位角有关。

稳态交变磁通：这是在变压器绕组电压突增过程结束后在磁路中由外施交流电压产生的磁通，此时的剩磁与偏磁均已消失。

变压器制造厂家在磁路设计时就确定了引起磁路饱和的"饱和磁通"值，当磁路中前述三类磁通之和超过设计饱和磁通时，磁路将进入饱和，此时变压器绕组的电抗将急剧下降，进而使励磁电流骤增，此即常称的励磁涌流。

不难看到，在变压器任一侧绕组突然上电或是电压突增的过渡过程中，剩磁、偏磁和稳态交流磁通三者叠加，有可能在某个时段使磁路饱和，也有可能不使磁路饱和，如果是后者，将不会产生励磁涌流。而剩磁和偏磁的极性和数值是可以通过交流电压的分闸相位角和合闸相位角控制的，这就为抑制励磁涌流创造了条件。考虑到变压器交流电源的切除可能是随机发生的，例如由继电保护跳闸，不宜人为控制分闸角，但分闸角是可通过对外施电压进行实时监测获得的，因而剩磁的极性和大致数值是可知的。

这样，励磁涌流的抑制问题就简化为在已知剩磁极性的前提下控制合闸角(即偏磁)的问题。如果在交流电压的峰值点即相位角为90°和270°时给变压器上电，由于在此瞬间不会产生新磁通(磁通在相位上滞后电压90°)，故不会诱发偏磁，因而磁路不会饱和，也就是说不会产生励磁涌流。所以通过依次在三相电源电压的峰值点上电，或先在一相峰值点上电，紧接着在另两相线电压峰值点上电，也可实现对励磁涌流的抑制，当然，这需要使用三相可分相操作的断路器。

对于三相断路器，涌流抑制的原理为剩磁与偏磁相互抵消的控制策略，装置不仅要控制合闸，还要控制分闸，分闸决定剩磁的极性及大小，合闸决定偏磁的极性和大小。

根据现场实验录波分析，现场的变压器经过几次合、分闸试验，得到了准确的合闸与分闸时间，最后通过本发明的精确相控，实现了偏磁与剩磁相互抵消，使磁通不饱和，最后两次合闸时投运时涌流峰值为额定电流峰值的1倍左右，实现了涌流的有效抑制。

本发明充分考虑了断路器因温度变化带来的合闸时间偏移，它的计算偏移量以合闸点为中心计算出最佳合闸时间，能更为精准的合相，最大程度渐小涌流的影响。

断路器运行时间监视，就是监视它的辅节点在合闸位置的时间。本发明可通过有线通讯的方式对所述断路器的合闸动作位置进行监测。

优选地，所述励磁涌流的抑制方法还包括以下步骤：

所述步骤S1中，根据所述模拟值的幅值和相角，还预设分闸时间，设定分闸整定角度为90°或270°；

所述步骤S3中，所述断路器分闸时，通过开入量中断捕获所述断路器的分闸动作位置，从所述断路器发出分闸信号开始瞬间计时，直到捕获所述断路器分闸动作成功瞬间的时刻，获得分闸时间、分闸角度和分闸电流峰值，并计算获得分闸时间差和分闸角度差，所述分闸时间差为所述分闸时间与所述预设分闸时间的差值，所述分闸角度差为所述分闸角度与所述分闸整定角度的差值；

所述步骤S4中，还根据所述分闸时间差和所述分闸角度差修正所述合闸时间。

本发明可通过供电中断额方式对所述断路器的分闸动作位置进行监测。

以下现场空投变压器试验举例：

第一次合闸，根据之前开关试验得到的数据，先整定合闸时间定值为67.0ms；整定合闸角度为90°。合闸后，测得合闸角度为67.6°，合闸时间为60.6ms，三相最大涌流是峰值为-6.359A，约为额定值3.12A的2倍。事实上，由于此时变压器内剩磁未知，即使有准确的合闸时间从而控制好合闸角度正好是90°，还是不能保证涌流抑制的效果。第一次合闸，涌流抑制的效果是随机，目的主要是为了得到准确的合闸时间。

第一次分闸：根据之前开关试验得到的数据，整定分闸时间定值为60.0ms；分闸角度为90°。分闸后，测得分闸时间为37.1ms，与整定值相差较大，分闸角度为40.3°。

第二次合闸：根据第一次合闸得到的数据，对合闸时间进行修正，由67.0ms更改为60.4ms；合闸角度不变，依然是90°。合闸后，合闸时间为60.4ms，合闸角度为86.7°，和整定值接近。偏磁与剩磁相互抵消，因此励磁涌流得到控制，三相最大涌流是5.150A，仅为额定值的1.6倍左右。为峰值的1倍左右，达到预定效果。

试验结论：对于三相断路器，涌流抑制的原理为剩磁与偏磁相互抵消的控制策略，装置不仅要控制合闸，还要控制分闸，分闸决定剩磁的极性及大小，合闸决定偏磁的极性和大小。

根据录波分析，现场的变压器经过几次合、分闸试验，得到了准确的合闸与分闸时间，最后通过精确相控，实现了偏磁与剩磁相互抵消，使磁通不饱和，最后两次合闸时投运时涌流峰值为额定电流峰值的1倍左右，实现了涌流的有效抑制。

本发明还包括步骤：

记录所述断路器合闸动作和所述断路器分闸动作进行顺序事件记录和数字故障记录。

本发明对系统电压电流测量、顺序事件报表、数字故障记录、远方整定、断路器运行时间监视和供电中断监视。通过模拟量采样，计算，得出电压电流的基波，正负零序值。顺序事件通过逻辑编程可以实现。数字故障记录可以存储256条，满了就自动除掉最早的记录，保正数据不断更新。远方整定就是通过有线通讯的模式来更改定值。

本发明对所使用环境的温湿度要求很低，是现有技术所无法做到的。另外灵活的逻辑编程功能，针对不同用户不同的特殊要求，可以灵活编程实现，不需要修改程序源代码。很大程度上减小的改造的周期。基于上述特点，其完全可以装在户外即变压器附近的专门箱体内实现，减少施工量，减少电缆材料。

本发明充分考虑了断路器因温度变化带来的合闸时间偏移，它的计算偏移量以合闸点为中心计算出最佳合闸时间。提供三个定时器以错开每相的合闸时间，以下以RCApu、RCBpu和PCApu计时器为例进行说明。

假设选择A相为第一个合闸相系统，可接受一个3周波的单相信息，而且在这情况下暂态电压持续时间少于一个周波则定时器将设定如下：

设定RCApu＝0，使得一接收到合闸输入信号就马上闭合A相。设RCBpu＝1.33周波，以便一个周波后再合上相差120的B相。设RCCpu＝2.67周波，以便在一个周波后合上相差120的C相。所有的定时器的设定时间，都指从收到合闸信号开始瞬时计时的。这些设定使三相都在相应的电压波形在同一点合闸。假设合闸线圈带电后，每相都用同样的时间来闭合，从A相合闸到C相合闸均是单相状态，其持续时间将是2.67个周波，这2.67周波小于系统所要求的3个周波。在这种情况下，电压暂态过程就会在1周波内衰减小于相间1.33周波相间参错时间。

PCApu的设定基于选点合闸产生断路器合闸时间的期望延时。若其中一个快速输出已起作用，则装置在200微秒内闭合其输出触点，触点在逻辑电路所指定的选点处闭合。PCApu用于波峰和波谷闭合，当探测到正残余电荷时缺省逻辑，在波峰闭合；当探测到负残余电荷时缺省，逻辑在波谷闭合。PCApu为断路器合闸时间提供延时以及从一个闭合选点到另一个闭合选点的偏移时间。例如，设Tclose断路器的额定闭合时间为33ms，2周波，PCApu为0，断路器将在输出触点闭合后，约2周的波峰处闭合。然而，如果Tclose时间为29ms，1.75周波，断路器将在波峰前1/4周处闭合，对断路器非整数周波的偏移时间设置PCApu时，从1周中减去其小数部分的值即为PCApu的设定值，例如1.75周的断路器所要求的PCApu设定值为10.75，0.25，0.75为1.75的小数部分。PCApu以ms设定，所以对于额定频率为60Hz的系统，PCApu4.17偏移量也可包含在计时器中，例如额定闭合时间为38.9ms的断路器，因温度变化有0.5ms的偏移，因控制电压变化有+1/-2ms的偏移，因此它需要一个偏移量以产生最佳闭合结果。整个误差带为+1.5/-2.5ms误差带应以闭合点为中心，所以它需要向正方向偏移0.5ms，设置PCApu[1(38.9/16.67)的小数部分]·16.67+0.5＝11.61ms。

本发明针对不同磁路结构、不同接线组别、不同断路器控制方式，在恰当的时机通过输出接点驱动断路器的合闸或分闸控制回路，通过灵活的控制方法实现了有效地抑制了励磁涌流，为继电器在各种现场各种特殊工况下提供了极大的方便性和灵活性；运用精确的相位控制技术，用二次设备控制一次设备，"对症下药"，"有的放矢"，从根本上实现励磁涌流的有效抑制，标本兼治；；延时精度高达0.01周波，合闸相角精度高达3.6度。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种励磁涌流的抑制方法，其特征在于，所述励磁涌流的抑制方法包括以下步骤：

步骤S1，对各断路器的模拟值的每周波的若干个点进行采样，计算得出电压电流的基波和正负零序值，获得所述模拟值的幅值和相角；根据所述模拟值的幅值和相角，设定预设合闸时间，设定合闸整定角度为90°或270°，设定额定电流峰值；

步骤S2，所述断路器合闸时，通过开入量中断捕获所述断路器的合闸动作位置，从向所述断路器发出合闸信号开始瞬间计时，直到捕获所述断路器合闸动作成功瞬间的时刻，获得实际合闸时间、合闸角度和合闸电流峰值，并计算获得合闸时间差和合闸角度差，所述合闸时间差为所述合闸时间与所述预设合闸时间的差值，所述合闸角度差为所述合闸角度与所述合闸整定角度的差值；

步骤S3，所述断路器分闸；

步骤S4，根据所述合闸角度差，修正所述合闸时间以作为下一次合闸时间，所述断路器在进行下一次合闸时按照所述修正的合闸时间进行合闸，获得新的合闸角度和电路峰值，当所述合闸角度接近所述合闸整定角度且所述电流峰值接近所述额定电流峰值时，则励磁涌流抑制成功；

否则，继续重复所述步骤S3和步骤S4，直到所述合闸角度接近所述合闸整定角度且所述电流峰值接近所述额定电流峰值。

2.根据权利要求1所述的励磁涌流的抑制方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述每周波的若干个点进行采样为每周波的512个点进行采样。

3.根据权利要求1所述的励磁涌流的抑制方法，其特征在于，所述励磁涌流的抑制方法还包括步骤：

通过有线通讯对所述断路器的合闸动作位置进行监测。

4.根据权利要求1所述的励磁涌流的抑制方法，其特征在于，所述励磁涌流的抑制方法还包括以下步骤：

所述步骤S1中，根据所述模拟值的幅值和相角，还预设分闸时间，设定分闸整定角度为90°或270°；

所述步骤S3中，所述断路器分闸时，通过开入量中断捕获所述断路器的分闸动作位置，从所述断路器发出分闸信号开始瞬间计时，直到捕获所述断路器分闸动作成功瞬间的时刻，获得分闸时间、分闸角度和分闸电流峰值，并计算获得分闸时间差和分闸角度差，所述分闸时间差为所述分闸时间与所述预设分闸时间的差值，所述分闸角度差为所述分闸角度与所述分闸整定角度的差值；

所述步骤S4中，还根据所述分闸时间差和所述分闸角度差修正所述合闸时间。

5.根据权利要求4所述的励磁涌流的抑制方法，其特征在于，所述励磁涌流的抑制方法还包括步骤：

通过供电中断对所述断路器的分闸动作位置进行监测。

6.根据权利要求1所述的励磁涌流的抑制方法，其特征在于，所述励磁涌流的抑制方法还包括步骤：

对所述断路器合闸动作和所述断路器分闸动作进行顺序事件记录和数字故障记录。