CN110415953A - 具有用于限制磁化电流的装置的高压电气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有用于限制磁化电流的装置的高压电气设备。本发明的高压电气设备具有如下构件：该构件用于限制当变压器被通电时、当在隔离故障后电压突然增加时重新建立系统之后或当两个变压器并联地被通电时产生的磁化电流，以及将设备与配电网连接/断开或选择初级绕组的线圈的数量以便获得在次级绕组中的电压的调节，为此，它主要具有其内部具有电介质(4)的槽(3)和用于限制磁化电流的装置(2)，该装置又具有每相的至少一个操作位置(5，6，7，8，9，10，29)、每相的至少一个操作介质(11，12)和每相的至少一个第一开关限流元件(17)。

Description

具有用于限制磁化电流的装置的高压电气设备
发明目的
本发明涉及电能的分配和变换的领域，且更具体地涉及高压电气设备，例如变压器，其包括当变压器被通电时、当在隔离故障且系统被重新建立之后电压突然增加时或者当两个变压器并联地被通电时产生的磁化电流的限制装置。
此外，用于限制磁化电流的所述装置包括使高压电气设备能够与配电网连接/断开的操作位置。同样，该装置实现高压电气设备的初级绕组的线圈的数量的选择，以因而获得在高压电气设备本身的次级绕组中的电压的调节。
发明背景
当高压电气设备(例如配电变压器)被通电或者在隔离故障且系统被重新建立之后电压突然增加时或者当两个变压器并联地被通电时，电流通过电气设备的初级绕组产生，这被称为磁化或浪涌电流(inrush current)。比高压电气设备的标称电流大10到50倍的这个磁化电流是可以持续几个周期的瞬时条件。磁化电流的大小和持续时间取决于外部和设计因素，例如电源的阻抗、变压器的容量、铁芯的磁特性、绕组的连接等。
磁化电流是在通电期间变压器本身的状态而不是故障，且其特性之一在于它仅穿过被通电的绕组循环，这可以被保护视为故障状态。
因为它是短期电流，所以在网络中使用不会非常快地起作用的保护，也就是说，过电流保护必须快速做出反应来抵抗过载或短路，但该过电流保护在这些类型的磁化电流被生成时不准许中断电路。这是在设计变压器的保护系统时考虑的非常重要的要求。
在这个方面，已知用于限制磁化电流的影响的不同方法，其中使用电阻器或继电器。存在对于继电器的实现适当操作的各种配置策略。这些方法使它们的算法基于故障电流和磁化电流的阻尼时间，其他方法涉及使用傅立叶级数来分解在谐波中的信号，因为几项研究揭示出磁化电流将二次谐波增加到标称电流之上高达30％，所以继电器将所述谐波与故障进行比较，并基于持续时间间隔来执行适当的保护操作。
所有这些磁化电流限制方法通常在功率变换中使用，这些变换操纵大于1000KVA的电力的大幅值的伏安(VA)，这些变换通常安装在配电变电站中和也在大型发电厂中，其中电力变压器将所生成的能量的电压电平提高到更高的电压幅值，以便通过传输线输送电力。
当其他电力变换专门为单个设备馈电时，它们执行精细的功能。例如，在重工业中，给高功率发动机或大型熔炉供电。
在配电变压器中使用磁化电流限制方法或系统并不常见，该配电变压器是用于获取在居民区中的配电网的电压并将它变换为在住宅、商业、工业或公共机构用户的电平处的足够电压的电气设备。
此外，限制磁化电流的电阻器的使用涉及用于被称为预插入电阻器的所述电阻器的连接/断开的接触器的使用，所述电阻器在开关的主触点闭合发生之前被连接一段短时间，开关允许安装的电力供应，这限制了在开关操作期间的过电压。
此外，用于限制磁化电流的影响的系统安装在变压器的外部，它们不是同一变压器的部分，这伴随有在设施中需要更多空间的缺点以及执行所述系统的维护的需要。以这种方式，可以引用例如在文件US2010039737A1、GB933473A或WO2016000080A1中公布的解决方案的示例。
配电变压器也适用于可再生能源，其中升压式电压变压器用于将所生成的能量连接到例如在太阳能发电场或风力发电场设施中的配电网。在这些类型的设施中，除了包括所述升压式配电变压器之外，还存在具有操作和保护功能的电气开关设备。当通过自动高压断路器建立到配电网的连接时，必须包括保护元件(和措施，视情况而定)，例如过电流功能和电压保护。这个自动断路器除了清除故障之外还具有在夜间在铁中的损失要被避免的情况下将升压式配电变压器与配电网连接/断开的功能，因此一次连接操作和一次断开操作必须作为在太阳能发电园区的情况下的每天最小量来操作，也就是说，当光伏电池在一天开始时开始捕获太阳能时，升压式配电变压器被连接，而当光伏电池在一天结束时停止捕获太阳能时，所述变压器与高压配电网断开。
断路器每天必须执行的这个连接/断开操作多年来成为大量操作，这伴随有断路器、保险丝和变压器的磨损和过早老化的缺点。
发明描述
本发明涉及一种适用于电力分配和变换网络的、包括具有电介质的槽的高压电气设备，更具体地是配电变压器，电介质至少部分地填充所述槽。
在槽内部并被浸没在电介质中，该配电变压器包括了初级绕组和次级绕组以及用于限制磁化电流的装置。以这种方式，用于限制磁化电流的装置是形成同一变压器的一部分的元件，它是变压器的内部元件，使得在设施中所需的空间被减小并且用于限制磁化电流的装置的维护例程也被避免，因为该装置安装在包括变压器的电介质中，例如在油、气体或另一电介质中。
优选地，用于限制磁化电流的装置包括：
-对于变压器的每个相的至少一个操作位置，
-对于变压器的每个相的至少一个操作构件(means)，
-对于变压器的每个相的至少一个第一开关限流元件，以及
-对于变压器的每个相的至少一个第二启动/关闭限流元件。
用于限制磁化电流的装置的不同操作位置分布在变压器的初级绕组中，使得至少一个操作位置对应于变压器的启动位置并且包括至少一个连接点，而其余的操作位置对应于至少一个电源插座，因此在初级绕组中的线圈的数量是可变的，使得自动调节在高压电气设备或变压器的次级绕组中的电压是可能的。以这种方式，通过使用具有所述特性的装置，可以限制磁化电流并且可以实现电源插座的改变。
第一开关限流元件(其可以是电阻器)能够限制由于电源插座的改变而引起的短路电流。
第二启动/关闭限流元件(例如阻抗)(也被称为启动/关闭阻抗)对应于变压器的启动/关闭位置。该第二启动/关闭限流元件通过用于限制磁化电流的装置的操作构件来连接/断开，并且所述第二启动/关闭限流元件负责限制所述磁化电流。
以这种方式，用于限制磁化电流的装置的操作构件实现变压器的分接头变化以及第二启动/关闭限流元件的连接/断开。以这种方式，对于第二启动/关闭限流元件的连接/断开，避免了对使用其他操作构件(例如接触器(contractor))的需要。本发明的操作构件可以包括真空断路器。
本发明的用于限制磁化电流的装置包括由绝缘材料制成的第一板和也由绝缘材料制成的第二板，在这两个板之间安装：
-至少一个操作构件，
-第一开关限流元件，
-对应于变压器的启动位置的连接点和至少一个电源插座。
两个绝缘板可以借助于螺钉来连接。
本发明的用于限制磁化电流的装置具有平坦和紧凑的配置，由于该配置，它可以水平地(在变压器的顶盖下面)和垂直地(在变压器的一侧上)被安装而不改变变压器的连续布置。
已经设想本发明的用于限制磁化电流的装置可以包括对应于高压电气设备的电流的连接/断开位置的操作位置的可能性。以这种方式，通过用于限制磁化电流的装置来实现将高压电气设备与配电网连接/断开的功能，因而减少在高压侧上的电气开关设备(例如自动断路器)的操作的次数，并从而延长所述电气开关设备的寿命。
最后，设想高压电气设备能够包括在槽内部安装的浸没在电介质中的真空分接头转换器构件的可能性。有载分接头转换器装置与真空分接头转换器构件的组合使该真空分接头转换器构件能够在高压电气设备的启动期间调节电压，使得来自上端发电站(headpower station)的电压下降，使得有载分接头转换器装置在标称电压上操作，高压电气设备针对该标称电压被设计。
附图说明
图1示出了表示现有技术的单线图，其中用于限制磁化电流的装置(2)布置在高压电气设备(1)的外部作为独立于高压电气设备的元件。
图2示出了具有用于限制磁化电流的装置的根据第一可能的实施例的本发明的高压电气设备对象的单线图。
图3示出了用于限制磁化电流的装置的透视图。
图4示出了根据本发明的第一实施例的本发明的高压电气设备的横截面正视图，高压电气设备具有安装在其内部的用于限制磁化电流的装置。
图5示出了具有用于限制磁化电流的装置的根据第二可能的实施例的本发明的高压电气设备对象的单线图，该设备还配备有用于将高压电气设备与配电网连接/断开的操作位置。
图6示出了根据本发明的第二实施例的本发明的高压电气设备的横截面正视图，该高压电气设备具有用于限制磁化电流的装置和安装在高压电气设备内部的真空分接头转换器构件。
本发明的优选实施例
下面参考上面引用的附图描述几个优选的示例性实施例而不限制或减小本发明的保护范围。
根据本发明的第一实施例，如图4所示，高压电气设备(1)(例如配电变压器)包括用于限制磁化电流的装置(2)，该装置安装在高压电气设备(1)的槽(3)内，并且被浸没在被包含在所述槽(3)中的电介质(4)中。与在图1中表示的现有技术不同，本发明的用于限制磁化电流的装置(2)安装在高压电气设备(1)内部，这防止了执行装置(2)的维护的需要，因为它在电介质(4)(例如油)中是绝缘的。
用于限制磁化电流的装置(2)包括每相的至少一个操作位置(5，6，7，8，9，10，29)、每相的至少一个操作构件(11，12)、每相的第一开关限流元件(17)和每相的第二启动/关闭限流元件(18)，如可在图2和图5中看到的。
可以是例如阻抗的第二启动/关闭限流元件(18)对应于操作位置(5)，该操作位置对应于高压电气设备(1)的启动位置，使得可能由于高压电气设备(1)的通电、由于在隔离故障并重新建立电路之后电压的突然增加或者由于另一电气设备(2)的并联通电而产生的磁化电流将被第二启动/关闭限流元件(18)限制。磁化电流的这个限制将在装置(2)处于启动位置或操作位置(5)时通过第二启动/关闭限流元件(18)来实现。在该操作位置(5)上，第二启动/关闭限流元件(18)通过操作构件(11，12)来连接/断开，操作构件可以包括例如真空断路器。
如图2和图5所示，操作位置(5)包括在高压电气设备(1)的初级绕组(24)中的至少一个连接点(25)。类似于该操作位置(5)，其余的操作位置(6，7，8，9，10，29)也属于初级绕组(24)，至少一个电源插座(19，20，21，22，23)分别对应于操作位置(6，7，8，9，10)，因此在初级绕组(24)中的线圈的数量是可变的，使得它使在高压电气设备(1)的次级绕组(28)中的电压能够被自动调节。以这种方式，同一用于限制磁化电流的装置(2)也调节电压。
图5示出了第二可能的实施例，其中第一实施例(图2)的用于限制磁化电流的装置还包括用于将电气设备(1)与配电网连接/断开的附加操作位置(29)。
用于限制磁化电流的装置(2)包括由绝缘材料制成的第一板(26)和也由绝缘材料制成的第二板(27)，在各个板(26，27)之间安装有至少一个操作构件(11，12)、由于在操作位置(5，6，7，8，9，10)之间的变化而使引起的短路电流能够被限制的第一开关限流元件(17)、连接点(25)和至少一个电源插座(19，20，21，22，23)，如图2和图3中所示。
如图4所示，用于限制磁化电流的装置(2)包括平坦且紧凑的配置，使得所述装置(2)可以水平地(在高压电气设备(1)的盖子下面)和垂直地(在高压电气设备(1)的一侧上)被安装而不改变高压电气设备(1)的连续布置。
根据本发明的第二实施例，如图6所示，除了用于限制磁化电流的装置(2)之外，高压电气设备(1)还可以包括真空分接头转换器构件(30)，其安装在高压电气设备(1)的槽(3)内部并且浸没在被包含在所述槽(3)中的电介质(4)中。

Claims (12)

1.一种高压电气设备(1)，包括具有电介质(4)的槽(3)，所述电介质至少部分地填充所述槽(3)，其特征在于，所述高压电气设备包括安装在所述槽(3)内部的浸没在所述电介质(4)中的用于限制磁化电流的装置(2)，并且特征在于所述装置(2)又包括：
每相的至少一个操作位置(5，6，7，8，9，10，29)，
每相的至少一个操作构件(11，12)，以及
对于每相的至少一个第一开关限流元件(17)。
2.根据权利要求1所述的高压电气设备(1)，其特征在于，用于限制所述磁化电流的装置(2)包括对应于所述操作位置(5)的每相的至少一个第二启动/关闭限流元件(18)。
3.根据权利要求2所述的高压电气设备(1)，其特征在于，所述装置(2)的所述操作位置(5)包括在所述高压电气设备(1)的初级绕组(24)中的至少一个连接点(25)，并且所述操作位置(5)对应于所述高压电气设备(1)的启动位置。
4.根据权利要求1所述的高压电气设备(1)，其特征在于，所述装置(2)的所述操作位置(29)对应于所述高压电气设备(1)的连接/断开位置。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的高压电气设备(1)，其特征在于，所述高压电气设备(1)的所述初级绕组(24)包括分别对应于所述装置(2)的每个操作位置(6，7，8，9，10)的至少一个电源插座(19，20，21，22，23)，在所述初级绕组(24)中的线圈的数量是可变的，使得它使所述高压电气设备(1)的次级绕组(28)中的电压能够被自动调节。
6.根据权利要求1所述的高压电气设备(1)，其特征在于，所述第一开关限流元件(17)包括电阻器。
7.根据权利要求1所述的高压电气设备(1)，其特征在于，所述操作构件(11，12)包括开关。
8.根据权利要求7所述的高压电气设备(1)，其特征在于，所述操作构件(11，12)是真空断路器。
9.根据权利要求2所述的高压电气设备(1)，其特征在于，所述第二启动/关闭限流元件(18)包括阻抗。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的高压电气设备(1)，其特征在于，用于限制所述磁化电流的装置(2)包括由绝缘材料制成的第一板(26)和也由绝缘材料制成的第二板(27)，在各个板(26，27)之间安装有至少一个操作构件(11，12)、所述第一开关限流元件(17)、所述连接点(25)和至少一个电源插座(19，20，21，22，23)。
11.根据权利要求10所述的高压电气设备(1)，其特征在于，所述装置(2)水平地容纳在所述电气设备(1)的顶盖下方的所述电气设备(1)内部，或者垂直地容纳在所述高压电气设备(1)的一侧上。
12.根据权利要求1所述的高压电气设备(1)，其特征在于，所述高压电气设备包括安装在槽(3)内部的浸没在所述电介质(4)中的真空分接头转换器构件(30)。
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