CN112821371A - 一种柔性分闸断网辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力变压器柔性分闸断网辅助装置，包括辅助变压器、第二断路器、第一开关及三相短路排，在电力变压器空载分闸断网时，由于辅助变压器存在一定的短路阻抗，因此，该辅助装置的短路阻抗成为电力变压器的小型负载，并为电力变压器提供了励磁电流续流回路，进而减小了电力变压器空载断网时引起的操作过电压，实现柔性分闸断网。该装置确保局部电网稳定和设备绝缘安全。

Description

一种柔性分闸断网辅助装置

技术领域

本发明涉及供电领域，特别是涉及一种柔性分闸断网辅助装置。

背景技术

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压传递电能的装置。在电力系统中，从发电、输电到配电网络，均由变压器和开关柜连接不同电压等级的电网。其中高电压大容量的电力变压器与真空断路器被广泛应用。

真空断路器具有维护工作量小、断流容量大、适宜频繁操作等许多优点广泛用于大容量电力变压器的并网与保护。真空断路器的触头合闸时一般存在不同程度的弹跳现象，在合闸和分断电路时，都可能发生操作过电压。但接通电路时，触头间距随时间增长很快消失，触头间出现的过渡电压呈下降趋势，因此，过电压的峰值一般较低，对设备没有多大威胁。影响设备安全运行的主要是断开电路时产生的过电压，即截流过压、电弧重燃过电压、三相同时截流过电压。可能会造成高压设备绝缘击穿、回路设备故障甚至断路器等损坏、高压开关柜烧毁等事故发生。

那么如何抑制大容量电力变压器空载分闸操作过电压水平等问题为本发明提供了契机。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力变压器柔性分闸断网辅助装置，在电力变压器空载分闸断网时，为电力变压器提供了负载及励磁电流续流回路，进而减小了电力变压器空载断网时引起的操作过电压，实现柔性分闸断网。该装置确保局部电网稳定和设备绝缘安全。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种柔性分闸断网辅辅助装置，应用于电网的主回路，其中，所述电网的主回路包括自电网端至电气设备端依次连接的真空断路器、电力变压器及第一断路器，所述电力变压器用于在所述真空断路器及所述第一断路器闭合时，连接电气设备至电网；所述辅助装置包括第二断路器、第一开关、辅助变压器及三相短路排；

其中，所述辅助变压器的一次端子通过所述第二断路器与所述电力变压器的二次端子连接，所述变压器的二次端子通过所述第一开关与所述三相短路排连接；

还包括：

控制模块，用于在所述电力变压器空载分闸断网时，控制所述第二断路器及所述第一开关闭合，以为所述电力变压器提供短路阻抗并作为所述电力变压器的负载，以及为所述电力变压器的励磁电流提供续流回路，控制所述真空断路器分断，并在所述电力变压器完成分闸断网后，控制所述第二断路器及所述第一开关断开。

优选地，所述控制模块具体用于在所述电力变压器空载分闸断网时，按照时间顺序依次控制所述第一开关闭合、所述第二断路器闭合及所述真空断路器断开，以为所述电力变压器提供短路阻抗并作为负载及为所述电力变压器的励磁电流提供续流回路，并在所述真空断路器断开预设时间后，控制所述第二断路器及所述第一开关断开。

优选地，所述辅助装置还包括设置于所述辅助变压器的二次端子与低压设备之间的第二开关；

所述控制模块还用于在所述电力变压器连接所述电气设备至电网时，控制所述第二开关闭合，以将所述电力变压器的二次端子输出的电压进行转换以为所述低压设备供电。

优选地，在所述电力变压器空载分闸断网时，控制所述第二断路器及所述第一开关闭合，以为所述电力变压器提供短路阻抗并作为所述电力变压器的负载，以及为所述电力变压器的励磁电流提供续流回路，并在所述电力变压器完成分闸断网后，控制所述第二断路器及所述第一开关断开，包括：

在所述电力变压器空载分闸断网时，按照时间顺序依次控制所述第一断路器断开、所述第二开关断开、所述第二断路器断开、所述第一开关闭合、所述第二断路器闭合及所述真空断路器断开，以为所述电力变压器提供短路阻抗并作为负载及为所述电力变压器的励磁电流提供续流回路，并在所述真空断路器断开预设时间之后，依次控制所述第一开关及所述第二真空断路器断开。

优选地，所述第一开关及所述第二开关为负荷开关或断路器。

优选地，所述短路阻抗为所述辅助变压器的额定阻抗的N％，N取5～20。

优选地，所述辅助变压器的容量为所述电力变压器的容量的M％，M不小于0.5。

本申请提供了一种电力变压器柔性分闸断网辅助装置，包括辅助变压器、第二断路器、第一开关及三相短路排，在电力变压器空载分闸断网时，由于辅助变压器存在一定的短路阻抗，因此，该辅助装置的短路阻抗成为电力变压器的小型负载，并为电力变压器提供了励磁电流续流回路，进而减小了电力变压器空载断网时引起的操作过电压，实现柔性分闸断网。该装置确保局部电网稳定和设备绝缘安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种电力变压器柔性分闸断网辅助装置的原理图；

图2为本发明提供的另一种电力变压器柔性分闸断网辅助装置的原理图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种电力变压器柔性分闸断网辅助装置，在电力变压器空载分闸断网时，为电力变压器提供了负载及励磁电流续流回路，进而减小了电力变压器空载断网时引起的操作过电压，实现柔性分闸断网。该装置确保局部电网稳定和设备绝缘安全。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参照图1，图1为本发明提供的一种电力变压器柔性分闸断网辅助装置的原理图；该装置应用于电网的主回路，其中，电网的主回路包括自电网端至电气设备端依次连接的真空断路器QF1、电力变压器T1及第一断路器QF2，电力变压器T1用于在真空断路器QF1及第一断路器QF2闭合时，连接电气设备至电网；辅助装置包括第二断路器QF3、第一开关QL1、辅助变压器T2及三相短路排；

其中，辅助变压器T2的一次端子通过第二断路器QF3与电力变压器T1的二次端子连接，变压器的二次端子通过第一开关QL1与三相短路排连接；

还包括：

控制模块，用于在电力变压器T1空载分闸断网时，控制第二断路器QF3及第一开关QL1闭合，以为电力变压器T1提供短路阻抗并作为电力变压器T1的负载，以及为电力变压器T1的励磁电流提供续流回路，控制真空断路器分断，并在电力变压器T1完成分闸断网后，控制第二断路器QF3及第一开关QL1断开。

考虑到电力变压器T1在空载断网时，会产生操作过电压，可能会造成高压设备绝缘击穿、回路设备故障甚至断路器等损坏、高压开关柜烧毁等事故发生。

为解决上述技术问题，本申请中的提供了一种辅助装置，在电力变压器T1断网时，也即真空短路器断开前，辅助装置的短路阻抗成为电力变压器T1的小型负载，并为电力变压器T1提供了励磁电流续流回路，由于电力变压器T1与辅助变压器T2构成的回路中存在对地电容，其T1中储存的磁能将在LCR回路中振荡衰减一段时间后释放。可见，本装置可以确保局部电网稳定和设备绝缘安全，进而减小了空载断网时引起的操作过电压，实现柔性分闸断网。

需要说明的是，本申请中的辅助装置的具体实现方式不限于包括第二断路器QF3、第一开关QL1、辅助变压器T2、三相短路排及控制模块，还可以其他的实现方式，本申请在此不再限定。

综上，本申请提供的电力变压器T1柔性分闸断网辅助装置，在电力变压器T1空载分闸断网时，为电力变压器T1提供了励磁电流续流回路，进而减小了电力变压器T1空载断网时引起的操作过电压，实现柔性分闸断网。该装置确保局部电网稳定和设备绝缘安全。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，控制模块具体用于在电力变压器T1空载分闸断网时，按照时间顺序依次控制第一开关QL1闭合、第二断路器QF3闭合及真空断路器QF1断开，以为电力变压器T1提供短路阻抗并作为负载及为电力变压器T1的励磁电流提供续流回路，并在真空断路器QF1断开预设时间后，控制第二断路器QF3及第一开关QL1断开。

考虑到第一开关QL1可能为负荷开关，此时，负荷开关与断路器的闭合及分断的能力不同，第二断路器QF3承受涌流的能力远大于第一开关QL1，因此，在电力变压器T1空载分闸断网时，先控制第一开关QL1闭合，再控制第二断路器QF3闭合。

在真空断路器QF1断开后，由于T1的铁芯中还储存着磁能，需要时间将其逐渐释放，因此，在真空断路器QF1断开之后，经过预设时间使其磁能释放之后，再依次控制第一开关QL1断开及第二断路器QF3断开，以实现辅助装置的复位，便于下一次辅助装置上电的使用。

综上，采用本实施例中的控制各开关的顺序进一步提高了电力变压器T1并网过程中的可靠性。

请参照图2，图2为本发明提供的另一种电力变压器柔性分闸断网辅助装置的原理图。

作为一种优选的实施例，辅助装置还包括设置于辅助变压器T2的二次端子与低压设备之间的第二开关QL2；

控制模块还用于在电力变压器T1连接电气设备至电网时，控制第二开关QL2闭合，以将电力变压器T1的二次端子输出的电压进行转换以为低压设备供电。

考虑到在真空断路器QF1及第一断路器QF2闭合时，电力变压器T1将电气设备接入电网时，辅助变压器T2也可以作为辅助电源为低压设备供电，如风力发电系统中的照明设备等低压设备。

基于此，本申请在辅助变压器T2的二次抽头端子与低压设备之间还设置了第二开关QL2，此时，在主回路处于配电工况时，第二开关QL2为闭合状态，辅助变压器T2对电力变压器T1的二次端子输出的电压进行进一步的转换以为低压设备供电。其中，辅助变压器T2为双绕组变压器。

综上，采用本实施例中的方式，可以直接使用辅助变压器T2输出的低压电源为电压设备供电，不需要为低压设备提供额外的电源模块。

作为一种优选的实施例，在电力变压器T1空载分闸断网时，控制第二断路器QF3及第一开关QL1闭合，以为电力变压器T1提供短路阻抗并作为电力变压器T1的负载，以及为电力变压器T1的励磁电流提供续流回路，并在电力变压器T1完成分闸断网后，控制第二断路器QF3及第一开关QL1断开，包括：

在电力变压器T1空载分闸断网时，按照时间顺序依次控制第一断路器QF2断开、第二开关QL2断开、第二断路器QF3断开、第一开关QL1闭合、第二断路器QF3闭合及真空断路器QF1断开，以为电力变压器T1提供短路阻抗并作为负载及为电力变压器T1的励磁电流提供续流回路，并在真空断路器QF1断开预设时间之后，依次控制第一开关QL1及第二断路器QF3断开。

具体地，在辅助变压器T2的二次抽头端子与低压设备之间设置有第二开关QL2时，断开的顺序为：第一断路器QF2断开，以使电力变压器T1为空载状态；第二开关QL2断开，以使辅助变压器T2为空载状态；第二断路器QF3断开；然后依次控制第一开关QL1闭合及第二断路器QF3闭合。

此外，在真空断路器QF1断开之后，使整个系统复位以便于下次系统运行，具体地，系统复位为，在真空断路器QF1断开预设时间之后，按照时间顺序依次控制第二断路器QF3断开和第一开关QL1断开。

综上，通过上述时间顺序，保证了在分闸断网时，电力变压器T1及变压器处于空载状态，且避免了第一开关QL1为负荷开关时受到短路电流的冲击，提高了系统的可靠性。

作为一种优选的实施例，第一开关QL1及第二开关QL2为负荷开关或断路器。

需要说明的是，控制本申请中的各开关闭合及断开的顺序可以使用时间继电器实现，此外，还可以采用软件程序控制的方式，以使其按照一定的时间顺序改变自身的开关状态，对于具体时间的设置，本申请在此不再限定，具体根据实际情况而定。

作为一种优选的实施例，短路阻抗为辅助变压器T2的额定阻抗的N％，N取5～20。

本实施例旨在限定辅助变压器T2的短路阻抗，若短路阻抗过大，在配电工况时，也即第二断路器QF3及第二开关QL2均闭合时，电压调整率大，输出电压低，影响电气设备运行；若短路阻抗过小，辅助分闸工况时，也即真空断路器QF1断开前，T2短路电流大，降低T2的动稳定与热稳定性能。

作为一种优选的实施例，短路阻抗为辅助变压器T2的额定阻抗的N％，N取5～20。其中，本申请实施例中优选10％，也可以为其他数值，本申请在此不再限定。

作为一种优选的实施例，辅助变压器T2的容量为电力变压器T1的容量的M％，M不小于0.5。

本申请提供一具体实施例对本申请提供的柔性分闸断网辅助装置做具体的介绍，实施例如下：

该系统应用于大功率风力发电领域，某7MW风力发电机组配置如下：

电力变压器T1的一次端子与集电线路间由真空断路器QF1连接，二次端子通过第一断路器QF2与风力发电变流器连接，也即是电力变压器的二次端子连接的电力设备。电力变压器T1的额定容量为8000kVA，一次额定电压35kV，二次额定电压为0.69kV，短路阻抗8％，空载电流0.3％，那么可推导出二次激磁阻抗约为20Ω。

辅助变压器T2的一次端子连接电力变压器T1的二次端子，正常工作时，也即是真空断路器QF1及第一断路器QF2均闭合时，电力变压器T1通过第二断路器QF3连接辅助变压器T2，向风电机组内部的其它低压设备供电，如加热装置及风扇等；电力变压器T1分闸断网时，也即是真空断路器QF1断开时，T2作为短路阻抗，并为T1的励磁电流提供续流回路，抑制操作过电压。其中，辅助变压器T2的额定容量为200kVA，一次额定电压0.69kV，二次额定电压为0.40kV，一次额定电流167A，二次额定电流为289A，短路阻抗10％，那么可推导出一次短路阻抗约为0.24Ω。

T2的短路阻抗/T1的激磁阻抗＝0.24/20＝1.2％

由于T2的短路阻抗在T1的续流回路中所占比例非常小，可以忽略不计，因此，可以确保T1的续流回路畅通，避免T1的一次端子出现操作过电压。

当T2短路时，短路电流约为其额定电流的10倍(＝1/10％)，那么真空断路器QF1分断前，T1有25％(＝200kVA*10倍/8000kVA)的负载，也即是本申请为电力变压器T1提供了25％的负载，避免了电力变压器T1的空载断网。第二断路器QF3按照2000A定为额定值，第一开关按照3150A定为额定值。

在T1断网之后，T1的铁芯中储存的磁能将在T1的二次绕组与T2的一次绕组构成的续流回路中振荡，经过一段时间后，衰减殆尽。

此外，辅助变压器T2的短路时长远小于电力变压器标准中的规定的短路时长(2秒钟)，应该有充分的裕度满足10倍短路电流所引起的动稳定与热稳定。

需要说明的是，上述各开关的操作顺序应按照严格的操作顺序使电力变压器T1断网，其中，可以采用时间继电器或者微机保护程序控制各开关顺序。各开关动作的操作顺序如下：

1、分断QF2，确保T1为空载状态；

2、分断QL2；

3、分断QF3；

4、闭合QL1，将辅助变压器T2的二次端子连接三相短路排，使T2的二次端子短路；

5、闭合QF3，将辅助变压器T2的一次端子与电力变压器T1的二次端子连接导通，使T2处于短路运行状态；

6、立即分断真空断路器QF1，将电力变压器T1的一次端子与电网断开；

7、五分钟后分断QF3；

8、最后分断QL1。

经由上述具体实施例可知，本申请提供的一种柔性分闸断网辅助装置，在电力变压器T1空载分闸时，先通过第一开关合闸将辅助变压器T2短路，为T1提供“短路”负载，并为T1励磁电流提供续流回路，然后再分断真空断路器QF1，从而抑制真空断路器在分断电力变压器T1时产生的空载分闸操作过电压，从而实现柔性分闸断网，可以确保局部电网稳定和设备绝缘安全。此外，由于T1与T2回路中存在对地电容，其T1的铁芯中储存的磁能在LCR回路中振荡衰减一段时间后释放。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种柔性分闸断网辅辅助装置，其特征在于，应用于电网的主回路，其中，所述电网的主回路包括自电网端至电气设备端依次连接的真空断路器、电力变压器及第一断路器，所述电力变压器用于在所述真空断路器及所述第一断路器闭合时，连接电气设备至电网；所述辅助装置包括第二断路器、第一开关、辅助变压器及三相短路排；

其中，所述辅助变压器的一次端子通过所述第二断路器与所述电力变压器的二次端子连接，所述变压器的二次端子通过所述第一开关与所述三相短路排连接；

还包括：

控制模块，用于在所述电力变压器空载分闸断网时，控制所述第二断路器及所述第一开关闭合，以为所述电力变压器提供短路阻抗并作为所述电力变压器的负载，以及为所述电力变压器的励磁电流提供续流回路，控制所述真空断路器分断，并在所述电力变压器完成分闸断网后，控制所述第二断路器及所述第一开关断开。

2.如权利要求1所述的柔性分闸断网辅助装置，其特征在于，所述控制模块具体用于在所述电力变压器空载分闸断网时，按照时间顺序依次控制所述第一开关闭合、所述第二断路器闭合及所述真空断路器断开，以为所述电力变压器提供短路阻抗并作为负载及为所述电力变压器的励磁电流提供续流回路，并在所述真空断路器断开预设时间后，控制所述第二断路器及所述第一开关断开。

3.如权利要求2所述的柔性分闸断网辅助装置，其特征在于，所述辅助装置还包括设置于所述辅助变压器的二次端子与低压设备之间的第二开关；

所述控制模块还用于在所述电力变压器连接所述电气设备至电网时，控制所述第二开关闭合，以将所述电力变压器的二次端子输出的电压进行转换以为所述低压设备供电。

4.如权利要求3所述的柔性分闸断网辅助装置，其特征在于，在所述电力变压器空载分闸断网时，控制所述第二断路器及所述第一开关闭合，以为所述电力变压器提供短路阻抗并作为所述电力变压器的负载，以及为所述电力变压器的励磁电流提供续流回路，控制所述真空断路器分断，并在所述电力变压器完成分闸断网后，控制所述第二断路器及所述第一开关断开，包括：

在所述电力变压器空载分闸断网时，按照时间顺序依次控制所述第一断路器断开、所述第二开关断开、所述第二断路器断开、所述第一开关闭合、所述第二断路器闭合及所述真空断路器断开，以为所述电力变压器提供短路阻抗并作为负载及为所述电力变压器的励磁电流提供续流回路，并在所述真空断路器断开预设时间之后，依次控制所述第一开关及所述第二真空断路器断开。

5.如权利要求4所述的柔性并网辅助装置，其特征在于，所述第一开关及所述第二开关为负荷开关或断路器。

6.如权利要求2-5任一项所述的柔性并网辅助装置，其特征在于，所述短路阻抗为所述辅助变压器的额定阻抗的N％，N取5～20。

7.如权利要求2-5任一项所述的柔性并网辅助装置，其特征在于，所述辅助变压器的容量为所述电力变压器的容量的M％，M不小于0.5。

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