專利名稱：一種抑制直流偏磁引起變壓器噪音的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于緊急保護(hù)電路裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種用于抑制變壓器中性點直流電 流的緊急保護(hù)電路裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國電網(wǎng)的建設(shè)，越來越多的直流輸電線路(亦稱作高壓直流輸電)投入運 行，在區(qū)域電力系統(tǒng)互連中起到了十分積極的作用。
當(dāng)直流輸電系統(tǒng)單極大地運行(亦稱作不對稱運行)時，地表會產(chǎn)生直流電壓差， 同樣的結(jié)果也可能由工業(yè)生產(chǎn)中直流接地造成(如直流電解等)。
由于大地的直流電位差，當(dāng)輸電線路二端的變壓器都采用中性點接地的方式時， 大地直流差壓通過中性點接地對變壓器產(chǎn)生直流偏磁，交流變壓器中性點疊加直流分 量后產(chǎn)生磁偏，造成磁飽和，在交流系統(tǒng)中產(chǎn)生諧波、振蕩、噪聲，嚴(yán)重影響了交流 系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。其中帶來的明顯的后果是變壓器噪音大大增加，經(jīng)測量，變壓
器噪聲的平均值大于75分貝，嚴(yán)重時甚至高達(dá)90分貝。
由于現(xiàn)在城市電網(wǎng)中變壓器離居民區(qū)一般很近，變壓器噪音的大大增加，往往造 成很大的社會問題，產(chǎn)生諸多不利影響。
同時，直流偏磁現(xiàn)象的存在，亦使得變壓器自身的損耗明顯增大，不利于節(jié)能降 耗和提高輸電線路的傳輸效率。
國內(nèi)對220KV變壓器中性點接地運行方式中產(chǎn)生的直流源多有研究，進(jìn)行了許多 理論分析和現(xiàn)場實際測量。由于220KV變電站跨距相對較長，在則較長的距離產(chǎn)生的 直流地電位差相對較大，因此容易構(gòu)成直流回路。根據(jù)國內(nèi)一些測試報告數(shù)據(jù)顯示 220KV變電站中性點接地二端的電位差最大可以達(dá)到40V 50V之間，最大直流電流 可以達(dá)到30A左右。
為了有效降低直流電流，國內(nèi)外一些地方采用在中性點接地回路中串接電阻或電 容等方式解決直流電流引起的變壓器偏磁；
加拿大魁北克電力局下屬的2個單位，電力研究院IREQ和TransEnergie公司1993 年起聯(lián)合研制抑制中性點直流電流裝置，它用來限制高壓直流輸電系統(tǒng)在采用大地返 回方式時流入交流電網(wǎng)的直流電流。其工作原理是在變壓器中性點接入小容抗，在系
統(tǒng)故障時將其旁路。
國內(nèi)有"變壓器直流偏磁的原理性仿真"研究，分析變壓器承受外部強(qiáng)制直流電流 的自御機(jī)理，闡明了直流單極大地電流是直流偏磁的源頭，提出了緩解變壓器振動的 若干運行措施。
從實際應(yīng)用中歸納起來有以下三種方式來解決直流分量
1) 在變壓器中性點裝小電阻，以限制直流電流的大小。
2) 在變壓器中性點上串聯(lián)電容器，阻斷直流電流，故障情況下用晶閘管旁路。
3) 在變壓器周邊注入反電流方法抵消變壓器中性點的直流電勢，以減少中性點直流。
上述方法解決方法各有利弊，第一種方法簡單宜行，但不徹底，效果與地電位差 有關(guān)，如果地電位差較大，接地電阻受到系統(tǒng)制約有不宜增大時，效果就差。第二種 方法是一種比較徹底的抑制方法，但由于晶閘管的觸發(fā)等控制保護(hù)回路的使用帶來了 可靠性的下降，和一些不確定的因素。第三種方法理論上可行，實際應(yīng)用比較復(fù)雜很 難做到理想狀況，況且注入的直流電流又帶來了其他的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種抑制直流偏磁引起變壓器噪音的方法，其 在整個中心點接地電流由小到大的變化過程中，隔直組件可靠的非線性特性保證了接 地回路的連續(xù)性，避免了復(fù)雜的控制回路和晶閘管元器件，內(nèi)置的自動旁路保證隔直 隔直組件的萬無一失，不改變電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時在正常運行時又可將直流分量 徹底隔斷。
本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種抑制直流偏磁引起變壓器噪音的方法，包括在變 壓器中性點與接地極之間設(shè)置并聯(lián)的隔直單元和一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元，其特征是 將兩個有極性的電解電容反極性串接，在每個電解電容的兩端，以反極性方式并接一 個二極管，在保護(hù)電容的同時消除等電容串聯(lián)造成的容量減半效應(yīng)，利用二極管的非 線性電阻特性，構(gòu)成一個完整的具有良好交流通道的隔直單元。
同時，將至少兩個以上的二極管同向依次串聯(lián)，利用二極管的反向擊穿特性，構(gòu) 成一個單向過電壓保護(hù)回路，將兩個單向過電壓保護(hù)回路反向并聯(lián)，構(gòu)成一個完整的一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元。
上述的隔直單元在正常工況下呈容性特性，當(dāng)中性點電流增大時呈阻容特性，在 一次系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致電流劇增時呈電阻特性，且隨著故障電流的增大其電阻值急劇下降至忽略狀態(tài)。
上述的一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元在反向擊穿的極端情況下自動短路，直接將隔直單 元短路切除，使得變壓器中性點直接接地。
具體的，隔直單元包括第一電解電容、第二電解電容、第一保護(hù)二極管和第二保 護(hù)二極管，其中，第一和第二電解電容反極性串接，在第一和第二電解電容的正、負(fù) 極兩端，分別以反極性方式并接第一和第二保護(hù)二極管，串接后的電解電容及其相應(yīng) 的保護(hù)二極管，連接在變壓器中性點與接地極之間。
一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元包括兩個反向并聯(lián)的第一和第二單向過電壓保護(hù)回路；所 述的第一單向過電壓保護(hù)回路第1個二極管的正極與變壓器中性點連接，第n個二極
管的負(fù)極與接地極連接；所述的第二單向過電壓保護(hù)回路第1個二極管的負(fù)極與變壓 器中性點連接，第n個二極管的正極與接地極連接。
進(jìn)一步的，在所述的變壓器中性點與接地極之間，還可設(shè)置一旁路開關(guān)，用于將 所述的隔直單元和/或一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元退出運行，將變壓器的中性點直接接地。
在述任意一單向過電壓保護(hù)回路與接地極之間，設(shè)置一過流動作線圈，過流動作 線圈的輸出信號用于啟動所述旁路開關(guān)的閉合接通動作。
與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點是
1.在電容兩端反極性并接二極管，利用二極管非線性區(qū)域的特性，兼顧了一次運 行方式和故障情況，合理設(shè)置了轉(zhuǎn)折點，既不影響現(xiàn)有繼電保護(hù)裝置的系統(tǒng)參數(shù)，又 不會改變原來一次系統(tǒng)的各種工況，還達(dá)到了降低變壓器噪聲的發(fā)明目的；
2.將兩個有極性電解電容反極性串接，再并接一對二極管的組成方式，電容的容 量比傳統(tǒng)接法提高了一倍，可以將交流大電容的體積大大減少，同時還可保障電解電 容的運行安全性；
3. 利用多個大功率電力電子器件二極管的串聯(lián)電路構(gòu)成一次系統(tǒng)故障通道，電路 結(jié)構(gòu)簡潔，避免了復(fù)雜的控制回路和晶閘管元器件，可大大降低其制造/使用成本和維 護(hù)工作量；
4. 二極管串聯(lián)的壓降大于地表電壓差，所以正常情況下將只有很小的漏電流流 過，元件幾乎沒有發(fā)熱量，在故障情況下由于短路電流時間極短，且電流受到變壓器 短路阻抗的限制以及旁路開關(guān)的作用，故無需對二極管進(jìn)行散熱處理，亦有利于縮小 整個裝置的體積；
5. 該裝置由于沒有控制回路，電路結(jié)構(gòu)簡單，運行中不存在維護(hù)問題。所選的 元器件均為常用的電力電子器件，性能穩(wěn)定，可靠性高，即便運行中某個元器件發(fā)生問題，也不會產(chǎn)生嚴(yán)重后果。


圖l是本發(fā)明的等效電路拓?fù)鋱D2是本發(fā)明隔直單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
圖1中，本發(fā)明包括在變壓器中性點O (或O')與接地極Q (或Q')之間設(shè)置 并聯(lián)的隔直單元l (或r)和一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元2 (或2')，其發(fā)明創(chuàng)造點在于， 將兩個有極性的電解電容反極性串接，在每個電解電容的兩端，以反極性方式并接一 個二極管(具體連接方式見圖2)，在保護(hù)電容的同時消除等電容串聯(lián)造成的容量減半 效應(yīng)，利用二極管的非線性電阻特性，構(gòu)成一個完整的具有良好交流通道的隔直單元
1(或1‘)。
換句話說，其隔直單元包括第一電解電容、第二電解電容、第一保護(hù)二極管和第 二保護(hù)二極管，其第一和第二電解電容反極性串接，在第一和第二電解電容的正、負(fù) 極兩端，分別以反極性方式并接第一和第二保護(hù)二極管，串接后的電解電容及其相應(yīng) 的保護(hù)二極管，連接在變壓器中性點與接地極之間，構(gòu)成一個完整的隔直單元。
隔直單元在正常工況下呈容性特性，當(dāng)中性點電流增大時呈阻容特性，在一次系 統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致電流劇增時呈電阻特性，且隨著故障電流的增大其電阻值急劇下降至 可以忽略狀態(tài)。
此外，本發(fā)明的第二個發(fā)明創(chuàng)造點在于，將兩個以上的二極管同向依次串聯(lián)，
利用二極管的反向擊穿特性，構(gòu)成一個單向過電壓保護(hù)回路2-l、 2-2 (或2-l'、 2-2')， 將兩個單向過電壓保護(hù)回路反向并聯(lián)，構(gòu)成一個完整的一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元2 (或 2')。
由圖可見，其一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元包括兩個反向并聯(lián)的第一單向過電壓保護(hù)回 路2-l (或2-l')和第二單向過電壓保護(hù)回路2-2 (或2-2')，每個單向過電壓保護(hù)回路 包括n個(n$2) 二極管，各二極管同向依次串聯(lián)，第一和第二單向過電壓保護(hù)回路反 向并聯(lián)后，連接在變壓器中性點與接地極之間，構(gòu)成一個完整的一次系統(tǒng)故障保護(hù)單 元2 (或2')。
第一單向過電壓保護(hù)回路第l個二極管的正極與變壓器中性點連接，第n個二極管的負(fù)極與接地極連接；第二單向過電壓保護(hù)回路第1個二極管的負(fù)極與變壓器中性點連接，第n個二極管的正極與接地極連接。
一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元在反向擊穿的極端情況下自動短路，直接將隔直單元短路 切除，使得變壓器中性點直接接地。
在所述的變壓器中性點與接地極之間，還可設(shè)置一旁路開關(guān)4 (或4')，用于將隔 直單元和/或一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元切除，使其退出運行，將變壓器的中性點直接接地。
進(jìn)一步地，為了取得更佳的效果，還可在某一路單向過電壓保護(hù)回路中(圖中以 2-2為例)串接一過流動作線圈，過流動作線圈的輸出信號用于啟動所述旁路開關(guān)的 閉合接通動作。圖中以第二單向過電壓保護(hù)回路2-2為例，在所述第二單向過電壓保 護(hù)回路第n個二極管的正極與接地極之間，設(shè)置了過流動作線圈2-3 (或2-3')。
采用上述技術(shù)方案，在整個中心點接地電流由小到大的變化過程中，隔直組件可 靠的非線性特性保證了接地回路的連續(xù)性，避免了復(fù)雜的控制回路和晶閘管元器件， 內(nèi)置的自動旁路保證隔直隔直組件的萬無一失，不改變現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，同 時在正常運行時又可將直流分量徹底隔斷。
實際工作時
1. 大地直流電流Iz在二臺變壓器中心點接地之間的土壤電阻Z上面產(chǎn)生電壓降(根 據(jù)實際測試此電壓的最高值可達(dá)40V 50V之間)；
2. 在電阻Z的中心點接地二端電壓通過變壓器中心點接地線和架空線構(gòu)成回路， 使得變壓器產(chǎn)生偏磁；
3. 接地回路串聯(lián)電力大功率二極管，利用二極管的非線性電阻原理，與電容器的 合理配合構(gòu)成組件，小電流通過電容，大電流通過二極管，構(gòu)成極其簡單的隔離直流電流保證交流通道的良好效果；同時，由于大功率二極管短時承受大電流工作特性的 優(yōu)點，元器件長期運行的可靠性極高。
一旦短路電流通過中性點接地，在短時期內(nèi)通過二極管回路，經(jīng)過旁路開關(guān)的固 有合閘時間(4 10mS)直接就將中性點直接接地，即便旁路接地中性點短路電流全部通過二極管回路，對裝置也沒有影響。
圖2中，將兩個有極性的電解電容Cl和C2反極性串接，在每個電解電容的兩 端，以反極性方式并接一個二極管D1和D2，利用二極管的非線性電阻特性，在保護(hù)電容的同時消除等電容串聯(lián)造成的容量減半效應(yīng)，構(gòu)成了一個完整的具有良好交流通 道的隔直單元。
由圖可見，第一和第二電解電容的正、負(fù)極分別與第一和第二保護(hù)二極管的負(fù)、正極對應(yīng)連接。
由于二極管的非線性電阻特性，隔直單元在正常工況下呈容性特性，當(dāng)中性點電流增大時呈阻容特性，在一次系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致電流劇增時呈電阻特性，且隨著故障電流的增大其電阻值急劇下降至可忽略狀態(tài)。
綜上，本裝置由于運行中不發(fā)熱，電容小型化，整個體積非常小，不超過l立方 體積，可以就近安置在變壓器附近，只要是直流偏磁引起的變壓器噪音均可使用該本 方法進(jìn)行噪聲的消除。
應(yīng)該指出，上述實施方式的列舉，僅僅是為了有助于更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方 案，而不應(yīng)看作是對本發(fā)明技術(shù)方案的限定。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在領(lǐng)會和掌握了本發(fā)明的創(chuàng)新意圖和設(shè)計思路后，無需 經(jīng)過創(chuàng)造性勞動，完全可以在本發(fā)明上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，派生出各種等同的或具 有相同功能的變形方案，而這些變形方案亦應(yīng)屬于本發(fā)明請求保護(hù)的范圍。
本發(fā)明可廣泛用于電力系統(tǒng)輸變電領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種抑制直流偏磁引起變壓器噪音的方法，包括在變壓器中性點與接地極之間設(shè)置并聯(lián)的隔直單元和一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元，其特征是將兩個有極性的電解電容反極性串接，在每個電解電容的兩端，以反極性方式并接一個二極管，在保護(hù)電容的同時消除等電容串聯(lián)造成的容量減半效應(yīng)，利用二極管的非線性電阻特性，構(gòu)成一個完整的具有良好交流通道的隔直單元；將至少兩個以上的二極管同向依次串聯(lián)，利用二極管的反向擊穿特性，構(gòu)成一個單向過電壓保護(hù)回路，將兩個單向過電壓保護(hù)回路反向并聯(lián)，構(gòu)成一個完整的一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元。
2. 按照權(quán)利要求l所述的抑制直流偏磁引起變壓器噪音的方法，其特征是所述的隔直單元在正常工況下呈容性特性，當(dāng)中性點電流增大時呈阻容特性，在一次系統(tǒng)發(fā) 生故障導(dǎo)致電流劇增時呈電阻特性，且隨著故障電流的增大其電阻值急劇下降至可忽 略狀態(tài)。
3. 按照權(quán)利要求1所述的抑制直流偏磁引起變壓器噪音的方法，其特征是所述的一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元在反向擊穿的極端情況下自動短路，直接將隔直單元短路切除， 使得變壓器中性點直接接地。
4. 按照權(quán)利要求1所述的抑制直流偏磁引起變壓器噪音的方法，其特征是所述的 隔直單元包括第一電解電容、第二電解電容、第一保護(hù)二極管和第二保護(hù)二極管，其 中，第一和第二電解電容反極性串接，在第一和第二電解電容的正、負(fù)極兩端，分別 以反極性方式并接第一和第二保護(hù)二極管，串接后的電解電容及其相應(yīng)的保護(hù)二極管， 連接在變壓器中性點與接地極之間。
5. 按照權(quán)利要求1所述的抑制直流偏磁引起變壓器噪音的方法，其特征是所述的 一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元包括兩個反向并聯(lián)的第一和第二單向過電壓保護(hù)回路；所述的 第一單向過電壓保護(hù)回路第1個二極管的正極與變壓器中性點連接，第n個二極管的 負(fù)極與接地極連接；所述的第二單向過電壓保護(hù)回路第1個二極管的負(fù)極與變壓器中 性點連接，第n個二極管的正極與接地極連接。
6. 按照權(quán)利要求1所述的抑制直流偏磁引起變壓器噪音的方法，其特征是在所述 的變壓器中性點與接地極之間，設(shè)置一旁路開關(guān)，用于將所述的隔直單元和/或一次系 統(tǒng)故障保護(hù)單元退出運行，將變壓器的中性點直接接地。
7. 按照權(quán)利要求6所述的抑制直流偏磁引起變壓器噪音的方法，其特征是在所述 任意一單向過電壓保護(hù)回路與接地極之間，設(shè)置一過流動作線圈，過流動作線圈的輸 出信號用于啟動所述旁路開關(guān)的閉合接通動作。
全文摘要
一種抑制直流偏磁引起變壓器噪音的方法，屬緊急保護(hù)電路裝置領(lǐng)域。包括隔直單元和一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元，其特征是將兩個有極性的電解電容反極性串接，在每個電解電容的兩端，以反極性方式并接一個二極管，構(gòu)成一個隔直單元；將至少兩個以上的二極管同向依次串聯(lián)，構(gòu)成一個單向過電壓保護(hù)回路，將兩個單向過電壓保護(hù)回路反向并聯(lián)，構(gòu)成一個完整的一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元。其在整個中心點接地電流由小到大的變化過程中，保證了接地回路的連續(xù)性，避免了復(fù)雜的控制回路和晶閘管元器件，內(nèi)置的自動旁路保證隔直隔直組件的萬無一失，不改變現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時在正常運行時又可將直流分量徹底隔斷。
文檔編號H02H7/04GK101207273SQ20071017044
公開日2008年6月25日 申請日期2007年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者戴春怡 申請人:上海市電力公司超高壓輸變電公司