CN109103860B - 基于串接小容量变压器的船用变压器预充磁方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于串接小容量变压器的船用变压器预充磁方法，通过与岸电系统相连的上船变压器为设置于中压母线与低压母线之间的主变压器进行预充磁，主变压器分别通过开关与中压母线与低压母线相连；上船变压器分别与中压母线和低压母线相连，岸电变压器容量小于主变压器。本发明整体投资小，实现难度低，励磁涌流抑制效果优良，设备的操作难度低，并且在联机时调试难度低，使用便捷。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种船用电网控制领域的技术，具体是一种基于串接小容量变压器的船用变压器预充磁方法。
背景技术
船舶电力系统中，变压器联接中压与低压电网，对电网的安全稳定运行起重要作用，是船舶电力系统中的重要设备。特别是在以电力推进的船舶系统中，换流变压器容量很大，在全船负荷中占有相当的比重，变压器对船舶电力系统的影响更为显著。当变压器空载合闸投入电网运行时，铁心中磁通开始以空载合闸前铁心中的剩磁为起点，按电源电压波形积分关系变化。由于铁心磁通的饱和以及铁心材料的非线性特性，励磁电流将达到极高的数值，同时波形会产生严重畸变，形成励磁涌流。为了抑制空载合闸时变压器产生的励磁涌流，一般采取预充磁技术，现在主要的预充磁技术有变压器串联电阻技术、变压器选相位分相合闸技术与串接小容量变压器预充磁技术。
变压器串联电阻技术：在一次侧三相线路串联电阻，先合闸电阻支路，延时后将电阻支路短路，使变压器投入运行。变压器串联的电阻能够抑制了稳态磁通幅值，间接抑制了暂态磁通的大小，使变压器的合成磁通大大减小，铁芯不会迅速饱和，还能使暂态磁通衰减加快。变压器在要投入使用时，合闸电阻，使变压器开始充磁，等暂态磁通衰减到一定程度后，再进行短路电阻支路和断开电阻支路的操作。
变压器串联电阻技术虽然能够抑制励磁涌流，但是确有如下缺点：
1)抑制励磁涌流效果差，励磁涌流仍然会在合闸瞬间达到较大数值；
2)由于变压器内铁心剩磁与合闸角度的不确定性，抑制励磁涌流的最佳电阻阻值无法在设计初确定，因而最终采用的串联电阻抑制励磁涌流的效果并不理想。
变压器选相位分相合闸技术：当选择合适的相角进行合闸操作时，单相变压器的暂态磁通可以减少到零，从而使得铁心无暂态过程而直接进入稳态过程，此时不会产生励磁涌流。对于三相变压器，由于三相电压之间存在1200相角差，总会有两相会产生励磁涌流。因此变压器选相位分相合闸技术应用相位检测元件对变压器原边的剩磁进行检测，在得出三相剩磁大小后再进行合闸操作。具体操作为：对两相剩磁进行检测，推算出第三相剩磁大小，假设ab绕组中剩磁最大。其次，计算ab绕组的最佳合闸相位αbest，在αbest前1/4个周期内的任意时刻合上A相断路器，然后在αbest相位时合上B相断路器，合闸瞬间暂态磁通为零，ab绕组不会产生励磁涌流；由于是三相三柱式变压器，假设三相对称，则bc绕组与ca绕组由于ab绕组感应出的电压为-0.5Uab，bc、ca两相绕组中产生的磁通和与ab磁通大小相等。最后，在Uab过零点处合上C相断路器。该技术能够使得三相励磁涌流的值几乎等于零。
变压器选相位分相合闸技术的缺点如下：
1)需要投入分相合闸开关与剩磁检测装置，投入增加；
2)该技术需要考虑剩磁的影响，但是剩磁难以精确检测，因此选择首合相和最佳合相时间存在很大困难，在实际使用中效果不理想；
3)需要有精确时间控制的合闸设备；
4)产品装置多，精度要求高，调试困难，使用不方便。
串接小容量变压器预充磁技术：通过将船舶电力系统的主变压器的低压侧与另一小容量的变压器相连接，在要启动主变压器时，先将小容量变压器进行充电。此时虽然有励磁涌流，但由于该变压器容量较小，对电网影响不大。在经过一段时间后，小容量变压器充电完毕，此时闭合主变压器与小容量变压器之间的开关，从主变压器的低压侧进行预充磁，经过一段事件的延时后，再将主变压器的开关合闸，此时主变压器的励磁涌流将会很小。
串接小容量变压器操作步骤较少，较为简单，且不需要使用剩磁检测装置，能够保证预充磁的有效性。然而由于船舶电力系统的单电源性质，通常该技术只能对含两路主变压器且一路已经合闸供电，对另一路主变压器进行预充磁的情况。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于串接小容量变压器的船用变压器预充磁方法，设备整体投资小，实现难度低，励磁涌流抑制效果优良，设备的操作难度低，并且在联机时调试难度低，使用便捷。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明通过与岸电系统相连的上船变压器为设置于中压母线与低压母线之间的主变压器进行预充磁，其中：主变压器分别通过开关与中压母线与低压母线相连；上船变压器分别与中压母线和低压母线相连，岸电变压器容量小于主变压器。
所述的中压母线通过发电机断路器与发电机相连。
所述的低压母线通过变压器与船舶电力系统相连。
所述的预充磁，先通过静止岸电电源对上船变压器进行充磁，然后通过开关的依次开闭，实现上船变压器依次对低压母线、主变压器以及中压母线的充电和充磁。
技术效果
与现有技术相比，本发明利用岸电系统，在无需大功率电阻或增设额外设备的状态下，对船舶电力系统的主变压器实现预充磁；不需要使用大功率电阻；本发明对合闸时间的控制精度要求不高，能够使用简单的控制方式与设备进行预充磁操作。
附图说明
图1为典型船舶岸电电力系统示意图；
图中：柴油发电机G1、发电机断路器QFG、第一至第五开关QF1～QF5。
具体实施方式
如图1所示，为典型船舶岸电电力系统，其中：中压母线与低压母线间通过待预充磁的主变压器相连，岸电系统中的上船变压器为实现预充磁的小容量变压器，其中：发电机断路器QFG已合闸，船舶电力系统目前仍由柴油发电机G1供电，岸电系统电缆已经连接完毕，但是还未进行供电。
本实施例预充磁操作具体包括：
1)首先停止发电机G1工作，断开发电机断路器QFG；
2)完成船舶电力系统的停电操作，断开第一至第三开关QF1、QF2、QF3；
3)启动静止岸电电源，对上船变压器进行充磁，由于岸电变压器容量相对于船舶主变压器较小，所以虽然有励磁涌流，但是励磁涌流大小较小，且对陆上电网影响较小；
4)合上第五开关QF5，对船舶电力系统低压母线充电；
5)合上第二开关QF2，对主变压器进行预充磁，第二开关QF2合闸后，励磁电流虽有变化，但是很小；
6)合上第四开关QF4，对船舶电力系统中压母线充电；
7)合上第一开关QF1，合闸的时候，由于绕组已建立了稳态磁通，所以合闸后励磁电流变化不大；
8)合上第三开关QF3，完成岸电系统对船舶电力系统的供电。
所述的上船变压器中，当先对a、b两相进行合闸操作以使a、b两相绕组投入运行时，a、b相间绕组上实际暂态磁通和预期磁通相差最大。同时，另外两个绕组上则各分到ab绕组磁通的1/2，且方向相反。由于ca绕组的磁通差值比bc绕组大得多，因而考虑在何时ca绕组的磁通差值达到最大。
所述的绕组磁通差值其中： 因此其中：k为上船变压器与主变压器的容量之比，时，磁通差值达到最大。此时合闸C相可以得到可能出现的最大励磁涌流。若所使用充磁变压器容量过小，会使合闸时产生较大涌流，可能启动保护跳闸或对系统运行造成不利影响；若容量过大，在合闸充磁变压器时可能产生较大涌流，且由励磁曲线可知，其在抑制受充变压器励磁涌流的优势不明显。以此为基准，取使得励磁涌流不大于受充变压器额定电流时所对应的充磁变压器容量。
本实施例中，所述的上船变压器的联结组别优选采用Dyn11，在实际选择充磁变压器的容量时，除了按上节所给出的标准进行选择外，还应根据经济投入量来进行选择。根据表1，可以得到大部分船用变压器对应的充磁变压器的容量。
表1充磁变压器容量
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。
Claims (1)
1.一种基于串接小容量变压器的船用变压器预充磁方法，其特征在于，通过与岸电系统相连的上船变压器为设置于中压母线与低压母线之间的主变压器进行预充磁，其中：主变压器分别通过开关与中压母线与低压母线相连；上船变压器分别与中压母线和低压母线相连，岸电变压器容量小于主变压器；
所述的中压母线通过发电机断路器与发电机相连，低压母线通过变压器与船舶电力系统相连；
所述的预充磁，先通过静止岸电电源对上船变压器进行充磁，然后通过开关的依次开闭，实现上船变压器依次对低压母线、主变压器以及中压母线的充电和充磁；
所述的绕组磁通差值其中： 因此其中：k为上船变压器与主变压器的容量之比，当时，磁通差值达到最大；由励磁曲线可知，其在抑制受充变压器励磁涌流的优势不明显，以此为基准，取使得励磁涌流不大于受充变压器额定电流时所对应的充磁变压器容量。
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