CN108987075A - 基于多级预充磁功能的高压变压器上电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多级预充磁功能的高压变压器上电系统，其特征在于，包括充磁变压器，充磁变压器的一端通过主断路器与工作电网连接，充磁变压器的另一端与充磁总开关、至少2个充磁电阻、主变压器串联连接，主变压器的另一端通过主断路器与工作电网连接，每个充磁电阻分别与一个充磁控制开关并联连接。本发明应用于大容量变压器的启动控制，采用多级预充磁控制方案，使得变压器端的供电电压逐渐升高，分几个阶段达到额定电压，彻底消除空载励磁涌流的对电力系统的冲击，并简化系统保护计算，提高保护的可靠性。

Description

基于多级预充磁功能的高压变压器上电系统

技术领域

本发明涉及一种基于多级预充磁功能的高压变压器上电系统，属于变压器设备技术领域。

背景技术

变压器在启动，即上电的瞬间，会有一个比较大的短时冲击电流，称为“空载励磁涌流”，这个冲击电流一般时间比较短，仅有数百毫秒，但对于大容量变压器来说，励磁涌流的持续时间可能达到数秒甚至数十秒，而且电流的峰值有可能达到变压器额定电流的6～8倍以上。

励磁涌流的危害之一：可能引起系统保护误动作。

对于大容量变压器来说，由于励磁涌流的持续时间长，变压器馈线端的电流速断保护动作值需要设置到额定电流6倍以上，实际应用中，一般的速断保护定值要按照负荷的特性来计算，大都放在用电负荷总额定电流的2.5～4倍左右，因而励磁涌流经常会造成保护的误动作，难以保证系统的正常启动；此外，励磁涌流还有可能引起变压器的差动保护动作，造成高压供电系统的非正常保护跳闸。

励磁涌流的危害之二：对变压器自身产生冲击。

励磁冲击电流尽管存在时间比较短，但是大电流的冲击，会引起绕组间的机械力作用，可能逐渐使其固定物松动。尤其对于岸基供电系统这样需要经常启动的变压器，结构的松动有可能导致绝缘下降，降低变压器使用寿命。

为抑制启动瞬间的空载励磁涌流以保证大容量变压器的正常启动，多采用预充磁的方式，即降低启动电压，持续一段时间后，再将变压器端的电压提高到额定电压，但是目前大部分情况下均采用的一级预充磁控制方式，即在启动回路串联一级阻抗(电阻或者电抗)，这样虽然可以降低励磁涌流，但一般情况下，励磁涌流的峰值仍然有可能达到2～3倍以上的额定电流(与启动时刻的电压相位、幅值密切相关)，不能完全消除这个短时峰值电流对电力系统的冲击，还是有可能造成保护误动作。

在岸基供电系统中，根据岸电相关的国际标准要求，岸基供电系统应具有主动抑制负荷侧短路容量的能力，因此，岸基供电系统必须保证能够在大于岸基供电系统设计容量2倍时即时保护，作为系统后备保护的中压开关柜，配置微机数字式继电保护装置定值时，要求最大的动作电流不得大于额定容量的200％，而根据变压器具有最大6～8倍励磁涌流(与变压器启动时刻的10kV侧电压相位有密切关系，据分析，在电压过零点时投入变压器，将具有最大励磁涌流产生)的特点来看，系统完全难以正常启动，必须采用限值励磁涌流的手段；目前国内通常使用的一级预充磁方案，由于励磁涌流仍然有可能达到2～3倍额定电流，仍然无法满足标准的要求，从而造成大容量岸基供电系统启动困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：解决了目前采用预充磁的方式不能完全消除短时峰值电流对电力系统冲击的问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种基于多级预充磁功能的高压变压器上电系统，其特征在于，包括充磁变压器，充磁变压器的一端通过主断路器与工作电网连接，充磁变压器的另一端与充磁总开关、至少2个充磁电阻、主变压器的预充磁绕组串联连接，主变压器的原边绕组通过主断路器与工作电网连接，每个充磁电阻分别与一个充磁控制开关并联连接。

优选地，所述的充磁电阻设有两个，分别为第一充磁电阻、第二充磁电阻，第一充磁电阻、第二充磁电阻上并联的充磁控制开关分别为第一充磁控制开关、第二充磁控制开关。

优选地，所述的主变压器上电时，主断路器处于分断状态，第一充磁控制开关、第二充磁控制开关处于断开状态，闭合充磁总开关，充磁变压器依次通过充磁总开关、第一充磁电阻、第二充磁电阻对主变压器进行第一级预充磁；延时后，闭合第一充磁控制开关，短接第一充磁电阻，对主变压器进行第二级充磁；再次延时后，闭合第二充磁控制开关，对主变压器进行第三级充磁；当充磁完成后，主断路器闭合，并断开第一充磁控制开关、第二充磁控制开关和充磁总开关，第一充磁电阻、第二充磁电阻退出运行，充磁结束，主变压器转入正常工作状态。

优选地，所述的第一级预充磁的时间不小于6s，第二级充磁的时间和第三级充磁的时间均不小于2s。

在本发明中，由于采用了多级充磁的技术思路，充磁回路中串联多个阻抗，实现分级充磁，整个充磁过程中非常平稳，大大降低了每一个电压变化阶段带来的励磁涌流现象，据测算，充磁所需的充磁变压器容量仅需要主变压器额定容量的1％，这样就降低了充磁变压器的设备投资(如果按照一级充磁方案，该变压器的最小容量应不小于主变额定容量的2％，同时，充磁过程中的最大励磁涌流小于20％额定电流(采用一级充磁方案，一般励磁涌流的峰值大致在2～3倍额定电流左右)。

综上所述，采用本发明的充磁控制方式来实现大容量变压器的启动具备两个明显的优势：

1)励磁涌流被有效抑制，合理计算充磁回路的各级阻抗，完全可以将励磁涌流限制在变压器额定电流以下，可靠保证系统投入；

2)由于采用了多级充磁，充磁电流被限制在一个很低的水平，因此无须投入过多的容量来完成励磁，励磁所需容量仅为一级充磁所需容量的50％，且由于充磁电流的有效限制，励磁回路所需要的阻抗有效功率大大降低，有效节省了励磁涌流系统的设备投资。

本发明应用于大容量变压器的启动控制，采用多级预充磁控制方案，使得变压器端的供电电压逐渐升高，分几个阶段达到额定电压，彻底消除空载励磁涌流的对电力系统的冲击，并简化系统保护计算，提高保护的可靠性。

附图说明

图1为一种基于多级预充磁功能的高压变压器上电系统的多级预充磁(以三级为例)实现原理；

图2为多级预充磁中主变压器端电压变化趋势。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本发明为一种基于多级预充磁功能的高压变压器上电系统，如图1所示，其包括主变压器A，主变压器A带有预充磁绕组(如果采用高压预充磁方案，主变压器无须配置预充磁绕组)，充磁变压器B的一端通过主断路器C与工作电网连接，充磁变压器B的另一端与充磁总开关D、至少2个充磁电阻、主变压器A 的预充磁绕组串联连接，主变压器A的原边绕组通过主断路器C与工作电网连接，每个充磁电阻分别与一个充磁控制开关并联连接。

本实施例中，充磁电阻设有两个，分别为第一充磁电阻R1、第二充磁电阻R2，第一充磁电阻R1、第二充磁电阻R2上并联的充磁控制开关分别为第一充磁控制开关E1、第二充磁控制开关E2。

主变压器A上电时，主断路器C处于分断状态，第一充磁控制开关E1、第二充磁控制开关E2处于断开状态，闭合充磁总开关D，主变压器A通过充磁变压器B→充磁总开关D→充磁电阻(R1和R2)对主变压器A进行第一级预充磁，延时后，闭合第一充磁控制开关E1，短接第一充磁电阻R1，对主变压器A进行第二级充磁，再次延时后，闭合第二充磁控制开关E2，对主变压器A进行第三级充磁，当充磁完成后，主断路器C闭合，并断开第一充磁控制开关E1和第二充磁控制开关E2和充磁总开关D，第一充磁电阻R1和第二充磁电阻R2退出运行，充磁结束，主变压器A转入正常工作状态。

上述延时时间的设定是按照经验值来做的，一般全部的预充磁过程不低于 10s，第一级预充磁的时间至少占60％，也就是6s，剩下的两级充磁时间可以相等平分，实际应用时，稍微延长一些，以保证系统的可靠性，同时在使用中，通过PLC来实现各级充磁时间的灵活控制，并通过人机界面实现这三个时间的灵活控制，这三个时间在人机界面上设置的时候具有最短时间限制，其中第一级充磁时间T1不小于6s，第二级充磁时间T2和第三级充磁时间T3均不小于2s。

通过以上的预充磁控制，主变压器A原边绕组上的端电压变化趋势如图2 所示；由图2可以看出，由于限值了上电初始的电压幅度并且设置了限流电阻，可以大大降低上电初始时刻(以及每一个电压上升时刻)的涌流，从而严格控制了上电过程的励磁涌流现象，具有十分明显的电流抑制作用。

本发明的技术方案在多个大容量岸基供电系统中得到实际应用，以洋山港三期3MVA岸电电源设备为例，系统主变压器额定容量3000kVA，在系统中配置了一台所用变压器，额定容量50kVA，兼顾充磁及正常控制与操作用电的需求。系统采用PLC实现充磁过程的全自动控制，第一阶段充磁持续时间8s，第二阶段与第三阶段充磁持续时间均为3s，三段式充磁结束后，通过控制系统操作自动闭合10kV供电的主断路器，并同时分断充磁回路，完成主变压器的上电过程。

经过多次操作测试，充磁过程中主变压器的最大电流峰值(历次数据记录中选择的最大值)仅为空载电流的2倍，且整个充磁—启动过程中，系统控制电压 (与充磁变压器合用)未见明显波动。

最大冲击电流的测试记录见下表：

产品测试数据记录

报告编号：QBZ002—20160218 页码：7/7

Claims (4)

1.一种基于多级预充磁功能的高压变压器上电系统，其特征在于，包括充磁变压器(B)，充磁变压器(B)的一端通过主断路器(C)与工作电网连接，充磁变压器(B)的另一端与充磁总开关(D)、至少2个充磁电阻、主变压器(A)的预充磁绕组串联连接，主变压器(A)的原边绕组通过主断路器(C)与工作电网连接，每个充磁电阻分别与一个充磁控制开关并联连接。

2.如权利要求1所述的一种基于多级预充磁功能的高压变压器上电系统，其特征在于，所述的充磁电阻设有两个，分别为第一充磁电阻(R1)、第二充磁电阻(R2)，第一充磁电阻(R1)、第二充磁电阻(R2)上并联的充磁控制开关分别为第一充磁控制开关(E1)、第二充磁控制开关(E2)。

3.如权利要求2所述的一种基于多级预充磁功能的高压变压器上电系统，其特征在于，所述的主变压器(A)上电时，主断路器(C)处于分断状态，第一充磁控制开关(E1)、第二充磁控制开关(E2)处于断开状态，闭合充磁总开关(D)，充磁变压器(B)依次通过充磁总开关(D)、第一充磁电阻(R1)、第二充磁电阻(R2)对主变压器(A)进行第一级预充磁；延时后，闭合第一充磁控制开关(E1)，短接第一充磁电阻(R1)，对主变压器(A)进行第二级充磁；再次延时后，闭合第二充磁控制开关(E2)，对主变压器(A)进行第三级充磁；当充磁完成后，主断路器(C)闭合，并断开第一充磁控制开关(E1)、第二充磁控制开关(E2)和充磁总开关(D)，第一充磁电阻(R1)、第二充磁电阻(R2)退出运行，充磁结束，主变压器(A)转入正常工作状态。

4.如权利要求1所述的一种基于多级预充磁功能的高压变压器上电系统，其特征在于，所述的第一级预充磁的时间(T1)不小于6s，第二级充磁的时间(T2)和第三级充磁的时间(T3)均不小于2s。