專利名稱：具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電氣工程領(lǐng)域，具體指一種可以自適應(yīng)補(bǔ)償變壓器中性點直流偏磁的裝置，具有智能特征的電力變壓器。
背景技術(shù)：
主要有兩種原因可以引起大地直流電位差，進(jìn)而在交流變壓器中性點引入直流電流:其一是大地“磁暴”現(xiàn)象，會引起的電網(wǎng)中的低頻環(huán)流；其二是直流輸電系統(tǒng)單極運行方式，如果與其并行運行的交流輸電系統(tǒng)變電站中性點接地的變壓器距離換流站不遠(yuǎn)，就會使得交流變壓器的接地中性線在變壓器的勵磁電流中產(chǎn)生直流分量，通過輸電線路和另一端的變壓器中性點形成回路。值得注意的是，我國“西電東送，南北互供，全國聯(lián)網(wǎng)”電力網(wǎng)建設(shè)中采用了遠(yuǎn)距離大功率直流輸電方式(HVDC)。變壓器中性點引入的直流電在變壓器內(nèi)部形成直流偏磁，可以使鐵心磁通嚴(yán)重飽和，勵磁電流高度畸變，產(chǎn)生大量諧波，噪聲明顯增大，金屬構(gòu)件損耗增加，無功損耗增加，嚴(yán)重時可能會導(dǎo)致局部過熱現(xiàn)象，破壞絕緣，以致?lián)p壞變壓器或降低壽命。1989年3月13日，直流偏磁現(xiàn)象引起加拿大魁北克水力發(fā)電中斷，美國東海岸發(fā)電站的大型升壓變壓器被毀，其中連接兩個低壓繞組導(dǎo)線的銅接線頭燒毀，電網(wǎng)SVC裝置的繼電保護(hù)誤動作，大量電容器退出運行，系統(tǒng)電壓崩潰，最終失去9500MW負(fù)荷，電網(wǎng)解列了近9個小時。目前，電力網(wǎng)安全運行中非常重視電力變壓器在直流偏磁作用下的安全運行問題。而對應(yīng)于大地直流電位引起直流偏磁采取的抑制方法主要有四種:中性點串小電阻法、電容隔直法、電位補(bǔ)償法及直流電流反向注入法。1992年，美國專家以魁北克水電站Radisson/LG2聯(lián)合體為對象，提出了幾種抑制直流電流的方案，其方法是將中性線串聯(lián)工頻阻抗較小的電容器，以間隙、可觸發(fā)間隙及M0V等實現(xiàn)中性點電容器的快速過電壓保護(hù)，方案還配備有機(jī)械旁路開關(guān)。美國DEI公司1996年初開發(fā)了 4套變壓器隔直裝置；2003年又根據(jù)SMENS公司提供的參數(shù)開發(fā)了 10套變壓器隔直裝置，并用于靠近印度的一條HVDC終端站的變壓器。此裝置由I個4000uF(50Hz )隔直/通交電容器和2組反并聯(lián)的大電流旁路通道以及機(jī)械開關(guān)旁路組成。近年人們利用電力電子技術(shù)開發(fā)“電容器+晶閘管旁路”方式的變壓器中性點隔直裝置。歐洲多個國家也投入大量人力、物力研制開發(fā)了各類變壓器直流偏磁抑制裝置。我國電力網(wǎng)存在直流偏磁問題。江蘇500kV上河主變壓器、三峽龍泉一江蘇政平500kV直流輸電系統(tǒng)中的常州武南變電站兩組500kVA主變壓器、貴廣直流線路中春城站主變壓器均受到直流偏磁的影響。申請者從1996年開始進(jìn)行有關(guān)直流偏磁問題的研究，曾分析了 2007年遼寧撫順電力局勝利一次變電站22萬伏18萬千伏安電力變壓器出現(xiàn)的直流偏磁問題(檢測到2-11安培偏磁電流、引起高達(dá)90分貝的噪聲)。直流偏磁問題越來越得到我國學(xué)者的廣泛關(guān)注，許多學(xué)者多年來也對直流偏磁問題開展研究及開發(fā)補(bǔ)償裝置。清華大學(xué)提出了一種小電阻裝置用于變壓器中性點直流偏磁的抑制。該裝置主要由一無感電阻和間隙組成，并于2005年在現(xiàn)場進(jìn)行了安裝與測試，對抑制變壓器中性線直流電流有明顯效果。有學(xué)者介紹了變壓器中性點注入反向直流電流的方法，其主要原理是電源經(jīng)過調(diào)壓器后再經(jīng)過硅整流經(jīng)輔助接地極和變壓器中性點回路向變壓器中性點注入反向直流電流。2007年有學(xué)者提出了一種基于電位補(bǔ)償原理的校檢變壓器中性點直流電流的新方法，其原理是在變壓器中性線中間串聯(lián)一個小電阻，通過外部電源在該電阻上形成一個直流點位，以此調(diào)節(jié)變壓器中性點的直流點位來達(dá)到減小流入變壓器繞組直流電流的目的。國內(nèi)也開展了電容隔直裝置的研究與開發(fā)工作。華北電力大學(xué)、西安交通大學(xué)、浙江大學(xué)等高校也都做了大量工作，有效地抑制了變壓器直流偏磁的影響。但是，各種方法都存在一定的問題。小電阻限流法無法完全消除中性點直流電流，有時候不得不采用較大阻值的電阻，有可能影響主變壓器中性點絕緣強(qiáng)度；電容隔直法雖然能夠較好地消除中性點直流電流，但影響變壓器的有效接地，對主變壓器中性點絕緣強(qiáng)度要求較高，應(yīng)對電網(wǎng)短路故障能力較差；中性點注入反向電流限制法需要另外建補(bǔ)償接地極，補(bǔ)償?shù)貥O的選取極其困難。并且在遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)，補(bǔ)償電流的效率將降低，直流發(fā)生器的功率將倍增，大電流入地也加重了地網(wǎng)負(fù)擔(dān),加速接地網(wǎng)腐蝕,應(yīng)用成本極高；電位補(bǔ)償法耗電量大，裝置較昂貴，補(bǔ)償?shù)貥O的選取也較困難。目前對于變壓器直流偏磁的抑制，基本都是在變壓器外部電路附加直流偏磁抑制和補(bǔ)償裝置來實現(xiàn)的，以某種方式影響了中性點良好接地及變壓器應(yīng)對突然短路的能力，不同程度增加了電力網(wǎng)安全運行隱患。當(dāng)前尚未見到從變壓器自身設(shè)計的角度，在變壓器內(nèi)部建立有效的結(jié)構(gòu)體系，實現(xiàn)抑制變壓器直流偏磁的有效方法。如果在變壓器電磁運行機(jī)理上提供抑制直流偏磁影響的能力，而不改變電力變壓器外電路(特別是中性點)的連接，將有可能從根本上解決直流偏磁問題，并能夠保證變壓器安全運行。
發(fā)明內(nèi)容發(fā)明目的:本實用新型提供了一種具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器，采用了一種新型的兩相磁性材料，組成新的變壓器鐵心結(jié)構(gòu)，其目的在于:通過建立檢測系統(tǒng)、控制繞組實現(xiàn)對該兩相磁性材料在導(dǎo)磁功能和直流勵磁功能之間的智能轉(zhuǎn)換，完成對變壓器的直流偏磁現(xiàn)象的“檢測、控制和消除”。技術(shù)方案:本實用新型是通過以下技術(shù)方案實施的:具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器，所述變壓器包括鐵心和繞組，其特征在于:鐵心由電工鋼片和兩相磁性材料以及氣隙組成，兩相磁性材料設(shè)置在電工鋼片的一偵牝電工鋼片的中間為主磁路，電工鋼片的兩側(cè)為第一旁柱和第二旁柱；繞組由一次側(cè)繞組、二次側(cè)繞組以及補(bǔ)償、控制繞組組成，一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組繞制在主磁路上，補(bǔ)償、控制繞組繞制在兩相磁性材料上；該變壓器還設(shè)有偏磁電流檢測裝置，偏磁電流檢測裝置由一次側(cè)繞組引出線和霍爾電流傳感器組成，一次側(cè)繞組引出線穿過霍爾電流傳感器；補(bǔ)償、控制繞組與控制裝置相連接。所述氣隙分為第一氣隙、第二氣隙、第三氣隙和第四氣隙，第一氣隙設(shè)在第二旁柱的下部，第二氣隙設(shè)在第二旁柱中間，第三氣隙設(shè)在第二旁柱的上部，第四氣隙設(shè)在第一旁柱的上部。補(bǔ)償、控制繞組設(shè)置在兩相磁性材料兩側(cè)。[0015]優(yōu)點和效果:本實用新型不同于傳統(tǒng)的電力變壓器直流偏磁抑制方案。首先，不會對變壓器中性點產(chǎn)生任何影響，其次，無需選擇補(bǔ)償?shù)貥O，對地網(wǎng)無任何腐蝕，特別的在遠(yuǎn)距離輸電系統(tǒng)中，補(bǔ)償效率更高。因此，不會因為偏磁電流的補(bǔ)償而增加電力網(wǎng)安全運行隱患。本實用新型在變壓器內(nèi)部建立有效的結(jié)構(gòu)體系，實現(xiàn)抑制變壓器直流偏磁的有效方法。在變壓器電磁運行機(jī)理上提供抑制直流偏磁影響的能力，而不改變電力變壓器外電路(特別是中性點)的連接，僅需要很小的直流，就能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的補(bǔ)償磁通，且可以實現(xiàn)斷電補(bǔ)償。從根本上解決了直流偏磁問題，并能夠保證變壓器安全運行。


:圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明:1、電工鋼片，2、兩相磁性材料，3、第一氣隙，4、第二氣隙，5、第三氣隙，6、第四氣隙，7、主磁路，8、一次側(cè)繞組，9、二次側(cè)繞組，10、補(bǔ)償、控制繞組，11、一次側(cè)繞組引出線，12、霍爾電流傳感器，13、控制裝置，14、變壓器，15、第一旁柱，16、第二旁柱。
具體實施方式
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以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行具體說明:本實用新型提供一種智能型電力變壓器，將兩相磁性材料植入到傳統(tǒng)變壓器之中，形成一種具有抑制直流偏磁功能的智能型電力變壓器，采用了一種新型的兩相磁性材料，組成新的變壓器鐵心結(jié)構(gòu)，通過建立檢測系統(tǒng)、控制繞組實現(xiàn)對該兩相磁性材料在導(dǎo)磁功能和直流勵磁功能之間的智能轉(zhuǎn)換，完成對變壓器的直流偏磁現(xiàn)象的“檢測、控制和消除”。這種新型的變壓器完全取消了原有變壓器在外電路引入的直流偏磁補(bǔ)償和消除裝置、避免了對電力變壓器中性點接地連接方式的任何改變，保證了變壓器中性點的安全接地。針對變壓器出現(xiàn)直流偏磁問題時，鐵心存在交流勵磁和直流勵磁共同耦合磁化作用，可實現(xiàn)磁通控制兩相磁性材料的新型電力變壓器具有建立變壓器自身補(bǔ)償直流偏磁的能力，降低變壓器損耗，進(jìn)而保障電力系統(tǒng)安全運行。本實用新型這種具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器，如圖1中所示，所述變壓器包括鐵心和繞組，其特征在于:鐵心由電工鋼片I和兩相磁性材料2以及氣隙組成，兩相磁性材料2設(shè)置在電工鋼片I的一側(cè)，電工鋼片I的中間為主磁路7，電工鋼片I的兩側(cè)為第一旁柱15和第二旁柱16 ;繞組由一次側(cè)繞組8、二次側(cè)繞組9以及補(bǔ)償、控制繞組10組成，一次側(cè)繞組8和二次側(cè)繞組9繞制在主磁路7上，補(bǔ)償、控制繞組10繞制在兩相磁性材料2上；該變壓器還設(shè)有偏磁電流檢測裝置，偏磁電流檢測裝置由一次側(cè)繞組引出線11和霍爾電流傳感器12組成，一次側(cè)繞組引出線11穿過霍爾電流傳感器12 ;補(bǔ)償、控制繞組10與控制裝置13相連接。所述氣隙分為第一氣隙3、第二氣隙4、第三氣隙5和第四氣隙6，第一氣隙3設(shè)在第二旁柱16的下部，第二氣隙4設(shè)在第二旁柱16中間，第三氣隙5設(shè)在第二旁柱16的上部，第四氣隙6設(shè)在第一旁柱15的上部。補(bǔ)償、控制繞組10設(shè)置在兩相磁性材料2兩側(cè)，變壓器原工作繞組一次側(cè)繞組8和二次側(cè)繞組9不變。上述具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器的工作原理:當(dāng)變壓器14發(fā)生直流偏磁現(xiàn)象時，通過霍爾電流傳感器12將直流偏磁電流信號送入控制裝置13，然后控制裝置13向補(bǔ)償、控制繞組10發(fā)出直流電流，產(chǎn)生與偏磁電流相反的補(bǔ)償磁通來抑制直流偏磁，由于第二氣隙4和第四氣隙6的存在，使補(bǔ)償磁通不會流入第一旁柱15和第二旁柱16內(nèi)，最終使補(bǔ)償、抑制過程在主磁路7中完成；當(dāng)變壓器14直流偏磁消失或是無直流偏磁現(xiàn)象時，通過霍爾電流傳感器12將檢測信號送入控制裝置13，控制裝置13產(chǎn)生單相正弦交流電壓將兩相磁性材料2進(jìn)行退磁。由于第三氣隙5的存在，使得變壓器14正常工作時產(chǎn)生的交流磁通不會對補(bǔ)償磁路產(chǎn)生影響。 本實用新型這種具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器，通過建立霍爾電流傳感器檢測偏磁磁通，然后通過控制裝置實現(xiàn)對該兩相磁性材料在導(dǎo)磁功能和直流勵磁功能之間的智能轉(zhuǎn)換，完成對變壓器的直流偏磁現(xiàn)象的“檢測、控制和消除”。具有變壓器自身補(bǔ)償直流偏磁的能力，降低變壓器損耗，節(jié)能效果明顯，取得一定的經(jīng)濟(jì)效益，對整個電力系統(tǒng)具有重大的實際意義。
權(quán)利要求1.具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器，所述變壓器包括鐵心和繞組，其特征在于:鐵心由電工鋼片(I)和兩相磁性材料(2)以及氣隙組成，兩相磁性材料(2)設(shè)置在電工鋼片(I)的一側(cè)，電工鋼片(I)的中間為主磁路(7)，電工鋼片(I)的兩側(cè)為第一旁柱(15)和第二旁柱(16);繞組由一次側(cè)繞組(8)、二次側(cè)繞組(9)以及補(bǔ)償、控制繞組(10)組成，一次側(cè)繞組(8)和二次側(cè)繞組(9)繞制在主磁路(7)上，補(bǔ)償、控制繞組(10)繞制在兩相磁性材料(2)上；該變壓器還設(shè)有偏磁電流檢測裝置，偏磁電流檢測裝置由一次側(cè)繞組引出線(11)和霍爾電流傳感器(12)組成，一次側(cè)繞組引出線(11)穿過霍爾電流傳感器(12);補(bǔ)償、控制繞組(10 )與控制裝置(13 )相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器，其特征在于:所述氣隙分為第一氣隙(3)、第二氣隙(4)、第三氣隙(5)和第四氣隙(6)，第一氣隙(3)設(shè)在第二旁柱(16)的下部，第二氣隙(4)設(shè)在第二旁柱(16)中間，第三氣隙(5)設(shè)在第二旁柱(16)的上部，第四氣隙(6)設(shè)在第一旁柱(15)的上部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器，其特征在于:補(bǔ)償、控制繞組(10 )設(shè)置在兩相磁性材料(2 )兩側(cè)。
專利摘要本實用新型涉及一種具有直流偏磁補(bǔ)償功能的新型電力變壓器，包括鐵心和繞組，鐵心由普通電工鋼片和兩相磁性材料以及氣隙組成；繞組由一次側(cè)繞組、二次側(cè)繞組以及補(bǔ)償、控制繞組組成。通過建立霍爾電流傳感器檢測偏磁磁通，然后通過控制裝置實現(xiàn)對該兩相磁性材料在導(dǎo)磁功能和直流勵磁功能之間的智能轉(zhuǎn)換，完成對變壓器的直流偏磁現(xiàn)象的“檢測、控制和消除”。具有變壓器自身補(bǔ)償直流偏磁的能力，降低變壓器損耗，節(jié)能效果及經(jīng)濟(jì)效益明顯，適于在整個電力系統(tǒng)應(yīng)用。
文檔編號H01F27/24GK202996511SQ201220607350
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者白保東, 陳德志, 張波, 賈武豪 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)