CN202816588U - 滤波型电力变压器集成系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种滤波型电力变压器集成系统，滤波型电力变压器集成系统，包括变压器和滤波补偿装置；所述的变压器具有三绕组结构或四绕组结构；三绕组结构的变压器包含高压绕组、中压绕组和低压屏蔽绕组，低压绕组和屏蔽绕组共一个绕组；低压（屏蔽）绕组设置在高压绕组和中压绕组之间；低压（屏蔽）绕组与滤波补偿装置相接；四绕组结构的变压器包含高压绕组、中压绕组、低压绕组和屏蔽绕组；4个绕组在变压器的铁芯上的排布位置为：由内到外依次为低压绕组、中压绕组、屏蔽绕组、高压绕组；屏蔽绕组与滤波补偿装置相接。该滤波型电力变压器集成系统能有效降低谐波损耗，提高功率因素。

Description

滤波型电力变压器集成系统

技术领域

本实用新型涉及一种滤波型电力变压器集成系统，可应用于电力系统内有谐波源负荷的变电站或产生谐波的工业用户变电站（或配电间）。

背景技术

冶炼、化工、电铁等非线性负荷的大量应用造成了谐波污染大、功率因数低等问题。非线性负荷产生的谐波电流流入电网侧，对电网会造成严重的污染。由于谐波在电网内流动，不仅产生较大的损耗，同时对变压器、继电保护等一、二次设备带来很大的安全隐患，严重影响电网的安全与经济运行，影响电网的可靠供电。对于谐波源负荷较大的用户，传统解决方法主要是在用户侧加装滤波器以限制流入电网的谐波。由于传统滤波方法效果不理想，导致注入电网的谐波仍较大，甚至超出国标要求。对于谐波源负荷较小的用户，因为滤波器费用投入较大，加之用户对谐波的认识程度不高，大部分都没有加装滤波器，这样对于接入多个负荷的变电站公共母线叠加注入的谐波电流很大，通过变压器注入电网，从而影响电网供电质量。

因此，有必要设计一种滤波型电力变压器集成系统。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种滤波型电力变压器集成系统，该滤波型电力变压器集成系统能有效降低谐波损耗，提高功率因素。

实用新型的技术解决方案如下：

一种滤波型电力变压器集成系统，其特征在于，包滤波型电力变压器和滤波补偿系统；所述的变压器具有三绕组结构或四绕组结构；

三绕组结构的变压器所包含的三个绕组的匝数分别为N1、N2和N3，且N1>N2>N3,记该三个绕组分别为高压绕组、中压绕组和低压屏蔽绕组，【低压绕组和屏蔽绕组共一个绕组，即称为低压屏蔽绕组】；低压屏蔽绕组设置在高压绕组和中压绕组之间；低压屏蔽绕组与滤波补偿装置相接；

四绕组结构的变压器包含的4个绕组的匝数分别为M1、M2、M3和M4，且M1>M2>M3，M4小于或等于M3，，记该4个绕组分别为高压绕组、中压绕组、低压绕组和屏蔽绕组；4个绕组在变压器的铁芯上的排布位置为：由内到外依次为低压绕组、中压绕组、屏蔽绕组、高压绕组；屏蔽绕组与滤波补偿装置相接。

对于三绕组结构的变压器，一次侧绕组即高压绕组采用星形接线，中压绕组采用星形接线，低压绕组采用三角形接线；

对于四绕组结构的变压器，一次侧绕组即高压绕组采用星形接线，二次侧绕组即中压绕组采用星形接线，屏蔽绕组和低压绕组均采用三角形接线。

所述的滤波补偿装置为一组谐波吸收支路或由多组谐波吸收支路并联而成。

对于三绕组结构的变压器，高压绕组的电压等级为220kV或110kV，中压绕组的电压等级为110kV或35kV，低压屏蔽绕组的电压等级为35kV或10kV；

对于四绕组结构的变压器，高压绕组的电压等级为220kV或110kV，中压绕组的电压等级为110kV或35kV，低压绕组和屏蔽绕组的电压等级均为35kV或10kV。

一种滤波型电力变压器集成系统，包括高压绕组、中压绕组和低压（屏蔽）绕组及滤波补偿系统，区别于传统绕组的是低压（屏蔽）绕组布置在高压绕组和中压绕组之间，低压(屏蔽)绕组经特殊阻抗设计，低压(屏蔽)绕组与滤波补偿系统相接，变比与传统变压器一致。通过对与所接的全调谐滤波装置，实现对注入变压器的谐波磁通的有效屏蔽，滤除谐波及提高功率因数。

传统方法中，滤波补偿系统设置在变压器高压侧，谐波磁通在变压器内部的主铁心、空气以及油等范围内自由流通。同时，二次负载绕组谐波交变磁通在穿链网侧绕组时，也会在网侧绕组感应相应的谐波电流。这说明传统方法中谐波磁通所引起的铁耗，以及由谐波电流在网侧绕组所引起的铜耗是一直存在的，这也是目前采用传统滤波方法所不能解决的问题。

在本实用新型专利技术中，滤波补偿系统设置在变压器的二次侧，由于增加了屏蔽绕组，且其漏抗很小，接近于零，该绕组接入全调谐滤波装置，构成了某次谐波频率下零阻抗回路，具备了“超导体”闭合回路的条件。

在二次负载绕组流经谐波电流时，会产生相应的谐波磁通。该交变谐波磁通在屏蔽绕组和调谐装置所构成的闭合回路中感应出相应的谐波电动势，由于闭合回路的存在，便在该回路中产生相应的谐波电流，既而产生相应的谐波电动势。

根据“超导”回路磁链守恒原理，无论外部谐波磁场交链该“超导体”闭合回路的谐波磁链如何变化，回路感应谐波电流所产生的谐波磁链总会抵制这种变化，这意味着在特定次谐波频率下，二次负载绕组和二次屏蔽绕组间达到了谐波磁动势平衡状态。

由于谐波磁动势已经在负载绕组和屏蔽绕组间平衡，因此，网侧绕组就不会感应特定次谐波频率的谐波电流，也就是说，将谐波电流屏蔽于变压器的二次负载绕组，实现了与网侧绕组以及交流电网的隔离。所消耗的无功功率同时可由滤波补偿装置提供。

由此表明，在特定次谐波频率下，只要保证屏蔽绕组和滤波补偿装置所组成的闭合回路的特定次谐波总阻抗近似为0，也就是保证特定次谐波频率下的超导体闭合回路的条件，则注入变压器的负载谐波电流产生的谐波磁通均可实现良好的屏蔽作用，从而取到较好的滤波效果。

有益效果：

本实用新型的滤波型电力变压器集成系统，所采用的变压器的绕组与传统绕组的区别是低压（屏蔽）绕组布置在高压绕组和中压绕组之间，低压(屏蔽)绕组与滤波补偿装置相接，变比与传统变压器一致。通过所接的全调谐滤波装置实现对注入变压器的谐波磁通的有效屏蔽，滤除谐波及提高功率因数。

这种滤波型电力变压器集成系统在运行时，谐波注入变压器，屏蔽绕组（在三绕组结构时，低压绕组与屏蔽绕组共一个绕组）短路阻抗很小或者近似为0，所接的滤波装置全调谐，利用电磁感应原理实现对谐波磁通的有效屏蔽，从而起到对谐波的有效滤除和无功补偿作用。

该滤波型变压器集成系统能屏蔽负荷谐波电流产生的谐波磁通，隔离负荷侧注入电网的谐波电流，大大降低变压器的谐波损耗以及由谐波分量所引起的振动与噪音，提高功率因数。

这种滤波型变压器集成系统不仅能有效滤除注入电网的谐波，还能提高功率因数，提升系统的运行效率，降低电磁噪音，节能环保。滤波型变压器集成系统采用多绕组结构型式，分为高压绕组、中压绕组、低压（屏蔽）绕组。谐波滤除效果比采用传统无源滤波方法高出20%以上，功率因素补偿可达到0.96以上。有效降低电网的谐波损耗，提高了电网的安全运行水平。

附图说明

图1为滤波型电力变压器集成系统的结构示意图（具有三绕组结构的变压器）；

图2为滤波型电力变压器集成系统的结构示意图（具有四绕组结构的变压器）

图3为三绕组结构（图a）和四绕组结构（图b）的变压器绕组布置图。

图4为本实用新型专利技术与传统方法对比滤波效果图。

标号说明：1-高压绕组，2-中压绕组，3-低压绕组，4-滤波补偿装置，5-屏蔽绕组，6-低压屏蔽绕组。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明：

实施例1：

参见图1和图3（a），滤波型电力变压器集成系统的变压器采用三绕组结构，具体包括高压绕组(电压等级为220kV)、中压绕组(电压等级为110kV)和低压屏蔽绕组(电压等级为10kV)。低压屏蔽绕组设置在高压绕组和中压绕组之间（见图3（a）），低压绕组与滤波补偿装置相接。

滤波装置按全调谐设计，即对于某次谐波（比如5次谐波）而言，该滤波支路5次谐波电抗与5次谐波容抗相等，即ω₅L=1/ω₅C，支路的总阻抗为零，实现全调谐。其它谐波次数的滤波支路设计原理一致。

在图1中，滤波型电力变压器采用多绕组结构型式，其一次侧绕组采用星形接线，输入端接交流电源1（为电网或者发电端），电压等级为220kV，其二次侧中压绕组带负荷供电，电压等级为110kV，其二次侧低压（屏蔽）绕组采用三角形接线，电压等级为10kV。

低压屏蔽绕组可同时带其它负荷供电。输出端接滤波器（含补偿功能）。可由具有不同结构型式的滤波器组成，可以是一个或多个滤波支路，实现对负荷产生的各次谐波的滤除。

图4为本实用新型专利技术与传统方法对比滤波效果图。图4a为采用传统方法的电压、电流波形图，波形严重畸变，图4b为采用本实用新型专利技术的电压、电流波形图，波形改善明显，成为合格的正弦波。

采用本专利技术，变压器内谐波磁通因有效屏蔽，谐波损耗比传统变压器降低70%以上，变压器噪音降低5-15db，功率因数提高到0.96，变压器220kV、110kV10kV侧的电压畸变率达到或超过国家标准2%、3%、4%的要求。

实施例2：

参见图2和图3（b），滤波型电力变压器集成系统的变压器采用四绕组结构，具体包括高压绕组(电压等级为220kV)、中压绕组(电压等级为110kV)和低压绕组和屏蔽绕组(电压等级均为10kV)。屏蔽绕组设置在高压绕组和中压绕组之间（见图3（b）），屏蔽绕组与滤波补偿装置相接。

滤波补偿装置（滤波器）为电抗器L和电容器C串联结构，对于某特定谐波的感抗与容抗相等，即ω_nL=1/ω_nC，其中ω为基波角频率，n为谐波次数。滤波装置按全调谐设计，即对于某次谐波而言，以5次谐波为例，该滤波支路5次谐波电抗与5次谐波容抗相等，即ω₅L=1/ω₅C，支路的总阻抗为零，实现全调谐。其它谐波次数的滤波支路设计原理一致。

滤波效果对比与实施例1的效果相当。

采用本专利技术，变压器内谐波磁通因有效屏蔽，谐波损耗比传统变压器降低70%以上，变压器噪音降低5-15db，功率因数提高到0.96，变压器220kV、110kV10kV侧的电压畸变率达到或超过国家标准2%、3%、4%的要求。

屏蔽绕组短路阻抗很小或者近似为0。滤波装置按全调谐设计。通过对屏蔽绕组的特殊阻抗设计与所接的滤波补偿装置实现对注入变压器的谐波磁通的有效屏蔽，滤除谐波及提高功率因数。

另外，采用三绕组结构时，高压侧（可为220kV或110kV）为电源侧，中压侧（对应为110kV或35kV）接带负荷供电，低压（屏蔽）绕组（对应为35kV或10kV）同时接全调谐滤波器并可接带其它负荷供电。

采用四绕组结构时，其特征在于，增加一个屏蔽绕组，屏蔽绕组设置在高压绕组和中、低压绕组之间，紧邻高压绕组。高压侧（可为220kV或110kV）为电源侧，中压侧（对应为110kV或35kV）接带负荷供电，低压侧（对应为35kV或10kV）接带低压负荷供电，屏蔽绕组单独接全调谐滤波器实现滤波及补偿。

滤波器按全调谐设计，同时具有无功补偿功能。

Claims (4)

1.一种滤波型电力变压器集成系统，其特征在于，包括滤波型电力变压器和滤波补偿系统；所述的变压器具有三绕组结构或四绕组结构；

三绕组结构的变压器所包含的三个绕组的匝数分别为N1、N2和N3，且N1>N2>N3,记该三个绕组分别为高压绕组、中压绕组和低压屏蔽绕组；低压屏蔽绕组设置在高压绕组和中压绕组之间；低压屏蔽绕组与滤波补偿装置相接；

四绕组结构的变压器包含的4个绕组的匝数分别为M1、M2、M3和M4，且M1>M2>M3，M4小于或等于M3，，记该4个绕组分别为高压绕组、中压绕组、低压绕组和屏蔽绕组；4个绕组在变压器的铁芯上的排布位置为：由内到外依次为低压绕组、中压绕组、屏蔽绕组、高压绕组；屏蔽绕组与滤波补偿装置相接。

2.根据权利要求1所述的滤波型电力变压器集成系统，其特征在于，对于三绕组结构的变压器，一次侧绕组即高压绕组采用星形接线，中压绕组采用星形接线，低压绕组采用三角形接线；

对于四绕组结构的变压器，一次侧绕组即高压绕组采用星形接线，二次侧绕组即中压绕组采用星形接线，屏蔽绕组和低压绕组均采用三角形接线。

3.根据权利要求1所述的滤波型电力变压器集成系统，其特征在于，所述的滤波补偿装置为一组谐波吸收支路或由多组谐波吸收支路并联而成。

4.根据权利要求1-3任一项所述的滤波型电力变压器集成系统，其特征在于，对于三绕组结构的变压器，高压绕组的电压等级为220kV或110kV，中压绕组的电压等级为110kV或35kV，低压屏蔽绕组的电压等级为35kV或10kV；

对于四绕组结构的变压器，高压绕组的电压等级为220kV或110kV，中压绕组的电压等级为110kV或35kV，低压绕组和屏蔽绕组的电压等级均为35kV或10kV。 

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