CN207398818U - 空载变压器相控开关系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种空载变压器相控开关系统，包括：空载变压器；剩磁测算装置，与空载变压器连接，用于检测及计算空载变压器所存在的剩磁值；电流互感装置，与空载变压器连接，用于监测负载侧电流；电流互感装置与剩磁测算装置连接，用于将负载侧电流值输出至剩磁测算装置；以及相控开关装置，与剩磁测算装置以及空载变压器连接，能够根据测算结果确定合闸相位点，对空载变压器相应相位点上进行相控开关的关合。通过剩磁测算装置检测并计算剩磁量，传递给相控开关装置，确定准确的相位点，对所述空载变压器相应相位点上进行相控开关的关合，直接获得剩磁且剩磁测量结果准确，避免发生磁通突变，不产生涌流问题。

Description

空载变压器相控开关系统

技术领域

本实用新型涉及空载变压器相控开关，特别是涉及具有剩磁测算功能的空载变压器相控开关系统。

背景技术

励磁涌流是空载变压器合闸过程中的电磁暂态现象，这种暂态电流对电力系统有严重危害，如果在规定范围内，电流过大会引起绕组发热、电动力等问题，如果超过限定值有可能引起继电保护装置误动作。相控技术是一种能够从源头上消除励磁涌流问题的手段，通过检测电压电流信息，控制开关在最佳相位点进行关合，在理想情况下可以避免磁通发生突变，不产生励磁涌流。

影响相位准确控制的重要因素是剩磁，现有技术中选相控制器没有针对剩磁精确测算的功能，均通过搭建外接电路对电压积分的方式获取剩磁，得到的结果往往误差偏大。

实用新型内容

基于此，有必要针对间接获得剩磁且剩磁测量结果误差偏大的问题，提供一种具有剩磁测算功能的空载变压器相控开关系统。

一种空载变压器相控开关系统，包括：

空载变压器；

剩磁测算装置，用于剩磁检测和计算，所述剩磁测算装置与空载变压器连接，用于检测及计算所述空载变压器所存在的剩磁值；

电流互感装置，所述电流互感装置与所述空载变压器连接，用于监测负载侧电流；所述电流互感装置与所述剩磁测算装置连接，用于将负载侧电流值输出至剩磁测算装置；以及

相控开关装置，与所述剩磁测算装置以及空载变压器连接，能够根据测算结果确定合闸相位点，对所述空载变压器相应相位点上进行相控开关的关合。

在其中一个实施例中，剩磁测算装置包括剩磁检测器和与剩磁检测器相连接的剩磁计算器，剩磁检测器检测存在剩磁并将检测结果传递给剩磁计算器，剩磁计算器依据检测结果计算剩磁。

在其中一个实施例中，剩磁检测器检测到无剩磁，直接输出结果至所述相控开关装置。

在其中一个实施例中，剩磁检测器包括与空载变压器一次侧绕组的一侧并联的充放电回路单元以及与空载变压器一次侧绕组的另一侧并联的比较输出单元，充放电回路单元能够进行充、放电，比较输出单元用于对比包括充放电过程达到预定电流幅值时的时间比较。

在其中一个实施例中，充放电回路单元包括可变直流电源、限流电阻和开关，所述可变直流电源、所述限流电阻和所述开关依次串联，与所述空载变压器一侧绕组形成闭合回路。

在其中一个实施例中，比较输出单元在：

正向充电达到预定电流幅值的时间等于负向充电达到预定电流幅值的时间时，判定变压器中不存在剩磁；

在正向充电达到预定电流幅值的时间大于负向充电达到预定电流幅值的时间，判定变压器中存在反向剩磁；

在正向充电达到预定电流幅值的时间小于负向充电达到预定电流幅值的时间，判定变压器中存在正向剩磁。

在其中一个实施例中，相控开关装置包括选相控制器和相控开关本体，所述选相控制器用于确定准确相位点并能够根据确定的准确相位点控制所述相控开关本体在对应的相位点关合。

上述具有剩磁测算功能的空载变压器相控开关系统，通过将空载变压器、剩磁测算装置、电流互感装置、相控开关装置一体化设计，通过剩磁测算装置检测并计算剩磁量，传递给相控开关装置，确定准确的相位点，对所述空载变压器相应相位点上进行相控开关的关合，直接获得剩磁且剩磁测量结果准确，避免发生磁通突变，不产生涌流问题。

附图说明

图1为具有剩磁测算功能的相控开关系统结构示意图；

图2为图1的剩磁测检测器结构示意图；

图3为空载变压器的等效电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参见图1所示，本实用新型提供的一种具有剩磁测算功能的相控开关系统100，包括空载变压器110、用于剩磁检测和计算的剩磁测算装置120、用于控制空载变压器合闸位置的相控开关装置130、用于监测负载侧电流的电流互感装置140、用于人机交互终端150。剩磁测算装置120与空载变压器110连接，用于检测及计算所述空载变压器110所存在的剩磁值；电流互感装置140用于监测负载侧电流，所述电流互感装置140包括两端，其中一端与空载变压器110连接，用于监测负载侧电流，另一端与剩磁测算装置120连接，用于将负载侧电流值输出至剩磁测算装置120。相控开关装置130与剩磁测算装置120以及空载变压器110连接，能够根据测算结果确定合闸相位点，对所述空载变压器110相应相位点上进行相控开关的关合。剩磁测算装置120与相控开关装置130均与人机交互终端150相连，所述人机交互终端150能够显示测算数据。

该电流互感装置140，用于监测负载侧电流，电流互感装置140具有两端，一端与空载变压器110连接，用于检测负载侧电流，即在分闸时刻的空载变压器110的电流幅值；另一端与剩磁测算装置120连接，用于传输负载侧电流值至剩磁测算装置120，以进行剩磁计算。

该剩磁测算装置120用于剩磁检测及计算，剩磁测算装置120分别与电流互感装置140、相控开关装置130相连。

具体地，剩磁测算装置120包括用于剩磁检测的剩磁检测器121和用于剩磁计算的剩磁计算器122。剩磁检测器121与剩磁计算器122相连接，剩磁检测器121将检测存在剩磁的结果依靠通信接口传递给剩磁计算器122。

该剩磁检测器121能够快速检测剩磁的存在及极性。剩磁检测器121具有三端，其中第一端与空载变压器110连接，用于检测空载变压器110中是否存在剩磁，第二端与剩磁计算器122连接，第三端与相控开关装置130相连，若检测存在剩磁时，将结果传递给剩磁计算器122；若检测不存在剩磁时，将结果传递给相控开关装置130。

请参见图2所示，针对剩磁难以直接测量的特点，需建立剩磁与可测量量之间的关系，因此设计完整电路，实现剩磁检测及极性判断。具体地，本实施方式中，该剩磁检测器121包括与空载变压器110一侧绕组并联的充放电回路单元1210，用于充放电过程对比，以及与空载变压器110一侧绕组并联的比较输出单元1211，用于充放电过程输出结果的比较。所述充放电回路单元1210包括可变直流电源1212、限流电阻1214和开关1213，可变直流电源1212、限流电阻1214和开关1213依次串联，与空载变压器110一侧绕组形成闭合回路。

剩磁检测器121所涉原理为：

空载变压器110一次侧绕组两端并联一个充放电回路单元1210，同时并联比较输出单元1211，以可变直流电源1212作为激励，比较充放电过程中到达设定预定值的时间，预定值为事先预定好的电流幅值，比较结果转化为数字量输出。比较结果存在以下方式：

(1)若正向充电和反向充电时到达电流幅值的时间相同，则空载变压器110中不存在剩磁，直接将此结果输出至相控开关装置130，剩磁计算器122不动作。

(2)若正向充电时到达电流幅值的时间小于反向充电时到达电流幅值的时间，则说明电力变压器110中存在正向剩磁，将比较结果输出至剩磁计算器122计算剩磁的大小。

(3)若正向充电时到达电流幅值的时间大于反向充电时到达电流幅值的时间，则说明电力变压器110中存在反向剩磁，将比较结果输出至剩磁计算器122计算剩磁的大小。

该剩磁计算器122用于计算剩磁大小，为相控开关装置130提供控制依据。剩磁计算器122包括三端，第一端与剩磁检测器121连接，第二端与电流互感装置140连接，第三端与相控开关装置130连接。电流互感装置140将分闸时刻的电流幅值储存于剩磁计算器122中。剩磁计算器122接收到剩磁检测器121的检测结果，若结果显示存在剩磁，则利用分闸时刻的电流计算剩磁，若结果显示不存在剩磁，则装置不动作。计算完毕，剩磁计算器122将计算结果输出至相控开关装置130。

剩磁计算器122的计算过程一种实施方式如下：

根据图3所示，本实用新型实施例提供的空载变压器110的等效电路以及基尔霍夫电压定律，可得铁芯线圈中的瞬时感应电流i(t)满足方程：

式(1)中，ε(t)是磁场突变时在检测线圈中产生的感应电动势，R是图3所示空载变压器110的等效电路中除空载变压器110外的各部分电阻，L是空载变压器等效电感，i是电流，u为端电压，u_R为各部分电阻的电压值。检测线圈的匝数和面积分别为N和S，磁感应强度的瞬时值为B(t)，经过推导得：

由式(3)可知，暂态过程中某一时刻的磁感应强度与电流存在对应关系，由磁通与磁感应强度的关系φ＝BS可得某一时刻的磁通表达式为：

式(4)为磁通与某一时刻t的i(t)的对应关系，即为剩磁计算器122的计算模型，通过分闸时刻电流求得分闸时残留在变压器中的磁通。

该相控开关装置130，用于控制空载变压器110合闸相位，最大程度上削弱涌流。相控开关装置130分别与剩磁测算装置120和空载变压器110连接。根据剩磁检测结果和剩磁计算结果，使合闸瞬间磁通直接进入稳态，以磁通不发生突变的原则计算最佳合闸相位。变压器铁芯磁通的全响应表达式如下：

由式(5)可知，空载变压器110铁芯磁通由稳态磁通和暂态磁通两部分构成，若使暂态磁通为零，则铁芯磁通中只剩稳态分量，空载投入变压器时，可使变压器直接进入稳态运行：

φ_m·cos(α)+φ_r＝0 (6)

由磁通不发生突变的原则可求得最佳合闸时刻t_opt为：

该相控开关装置130，包括用于确定准确相位点的选相控制器131和相控开关本体132。选相控制器131与相控开关本体132连接，选相控制器131确定空载变压器110合闸相位，控制相控开关本体132对空载变压器110进行关合。

该人机交互的终端150用于显示剩磁检测和计算结果、以及准确相位点信息。

通过将空载变压器110、剩磁测算装置120、电流互感装置140、相控开关装置130一体化设计，通过剩磁测算装置120检测并计算剩磁量，传递给相控开关装置130，确定准确的相位点，对所述空载变压器110相应相位点上进行相控开关的关合，直接获得剩磁且剩磁测量结果准确，避免发生磁通突变，不产生涌流问题。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种空载变压器相控开关系统，其特征在于，包括：

空载变压器；

剩磁测算装置，用于剩磁检测和计算，所述剩磁测算装置与空载变压器连接，用于检测及计算所述空载变压器所存在的剩磁值；

电流互感装置，所述电流互感装置与所述空载变压器连接，用于监测负载侧电流；所述电流互感装置与所述剩磁测算装置连接，用于将负载侧电流值输出至剩磁测算装置；以及

相控开关装置，与所述剩磁测算装置以及所述空载变压器连接，能够根据测算结果确定合闸相位点，对所述空载变压器相应相位点上进行相控开关的关合。

2.根据权利要求1所述的空载变压器相控开关系统，其特征在于，所述剩磁测算装置包括剩磁检测器和与所述剩磁检测器相连接的剩磁计算器，剩磁检测器检测存在剩磁并将检测结果传递给剩磁计算器，剩磁计算器依据检测结果计算剩磁。

3.根据权利要求2所述的空载变压器相控开关系统，其特征在于，所述剩磁检测器检测到无剩磁，直接输出结果至所述相控开关装置。

4.根据权利要求2所述的空载变压器相控开关系统，其特征在于，所述剩磁检测器包括与空载变压器一次侧绕组的一侧并联的充放电回路单元以及与所述空载变压器一次侧绕组的另一侧并联的比较输出单元，所述充放电回路单元能够进行充、放电，所述比较输出单元用于对比包括充放电过程达到预定电流幅值时的时间比较。

5.根据权利要求4所述的空载变压器相控开关系统，其特征在于，所述充放电回路单元包括可变直流电源、限流电阻和开关，所述可变直流电源、所述限流电阻和所述开关依次串联，与所述空载变压器一侧绕组形成闭合回路。

6.根据权利要求4所述的空载变压器相控开关系统，其特征在于，所述比较输出单元在：

正向充电达到预定电流幅值的时间等于负向充电达到预定电流幅值的时间时，判定变压器中不存在剩磁；

在正向充电达到预定电流幅值的时间大于负向充电达到预定电流幅值的时间，判定变压器中存在反向剩磁；

在正向充电达到预定电流幅值的时间小于负向充电达到预定电流幅值的时间，判定变压器中存在正向剩磁。

7.根据权利要求1所述的空载变压器相控开关系统，其特征在于，所述相控开关装置包括选相控制器和相控开关本体，所述选相控制器用于确定准确相位点并能够根据确定的准确相位点控制所述相控开关本体在对应的相位点关合。