一種基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，包括以下步驟：剩磁消除：對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行剩磁消除；初次合閘：初次合閘的合閘相A相剩磁量最大，極性與變壓器鐵芯剩磁極性相同，且初次合閘時(shí)間T1在T2之前DT，所述T2為交流電源電壓每周期取得最大值時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，二次合閘：二次合閘的合閘相為三相交流電除A相外的另外兩相，且二次合閘時(shí)間T3在T4之前DT，所述T4為T(mén)1之后延時(shí)四分之一T0的時(shí)刻，所述T0為交流電周期；所述DT為合閘開(kāi)關(guān)的時(shí)間離散分布區(qū)間。采用本發(fā)明所述的基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，可以避免由于開(kāi)關(guān)的離散特性導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)合閘的最佳時(shí)刻，從而實(shí)現(xiàn)不同容量主變、不同運(yùn)行工況下對(duì)勵(lì)磁涌流的完全抑制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子領(lǐng)域，涉及一種基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諧波過(guò)電壓主要是由于勵(lì)磁涌流中的諧波分量通過(guò)線(xiàn)路傳輸駐波效應(yīng)和諧振放大效應(yīng)兩方面的作用，在長(zhǎng)線(xiàn)路輕負(fù)荷的弱聯(lián)系系統(tǒng)末端產(chǎn)生的過(guò)電壓。為了抑制過(guò)電壓風(fēng)險(xiǎn)，最好的方法是在源頭抑制勵(lì)磁涌流的大小。目前抑制變壓器勵(lì)磁涌流的方法主要有兩種:一種是控制變壓器的合閘時(shí)刻，也稱(chēng)為選項(xiàng)相合閘；另一種是通過(guò)投切合閘電阻的方法來(lái)抑制涌流的大小。
[0003]選相合閘的核心思想是在磁通過(guò)零點(diǎn)進(jìn)行合閘，以防止暫態(tài)磁通的產(chǎn)生，避免了空載合閘沖擊電流的產(chǎn)生。但是該方法有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是對(duì)合閘開(kāi)關(guān)的精度要求非常高，較小的延時(shí)就會(huì)錯(cuò)過(guò)合閘的最佳時(shí)刻，在一個(gè)周期里，捕捉不產(chǎn)生偏磁的電源電壓合閘角只有兩個(gè)，即正弦電壓的兩個(gè)峰值點(diǎn)(或)，如果偏離了這兩點(diǎn)，偏磁就會(huì)出現(xiàn)，這就要求控制合閘環(huán)節(jié)的所有操作機(jī)構(gòu)(包括斷路器)要有精確、穩(wěn)定的動(dòng)作時(shí)間，而且斷路器三相分時(shí)的這種非全相運(yùn)行操作還會(huì)引發(fā)其他的問(wèn)題，甚至有些斷路器在結(jié)構(gòu)上根本無(wú)法分相操作。另外，如果變壓器帶有剩磁，控制系統(tǒng)設(shè)置的各相最佳合閘時(shí)間就會(huì)改變，且隨著剩磁大小的變化而變化，因此選相合閘的實(shí)用性和準(zhǔn)確性并不高。
[0004]合閘電阻的核心思想是在空載合閘的瞬變過(guò)程中，通過(guò)增加電氣回路中的阻值大小，加快暫態(tài)磁通的衰減速度，從而抑制勵(lì)磁涌流的大小。因此合閘電阻的大小和投入時(shí)間對(duì)于抑制勵(lì)磁涌流會(huì)產(chǎn)生比較大的影響。經(jīng)過(guò)收資調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于帶合閘電阻的GIS開(kāi)關(guān)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)如表1所示，合閘電阻大小能達(dá)到1500 Ω，但是電阻投入時(shí)間只能維持8-12ms,當(dāng)帶有剩磁的主變進(jìn)行空充操作時(shí)，該時(shí)間是無(wú)法有效抑制住勵(lì)磁涌流的。
表1園Λ合W電祖應(yīng)用情
<img/ [0005]目前抑制變壓器勵(lì)磁涌流的方法主要有兩種:一種是控制變壓器的合閘時(shí)刻，也稱(chēng)為選相合閘；另一種是通過(guò)投切合閘電阻的方法來(lái)抑制涌流的大小。
[0006]但是單獨(dú)選用選相合閘有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是對(duì)合閘開(kāi)關(guān)的精度要求非常高，較小的延時(shí)就會(huì)錯(cuò)過(guò)合閘的最佳時(shí)刻，在一個(gè)周期里，捕捉不產(chǎn)生偏磁的電源電壓合閘角只有兩個(gè)，即正弦電壓的兩個(gè)峰值點(diǎn)(或)，如果偏離了這兩點(diǎn)，偏磁就會(huì)出現(xiàn)，這就要求控制合閘環(huán)節(jié)的所有操作機(jī)構(gòu)(包括斷路器)要有精確、穩(wěn)定的動(dòng)作時(shí)間，而且斷路器三相分時(shí)的這種非全相運(yùn)行操作還會(huì)引發(fā)其他的問(wèn)題，甚至有些斷路器在結(jié)構(gòu)上根本無(wú)法分相操作。另外，如果變壓器帶有剩磁，控制系統(tǒng)設(shè)置的各相最佳合閘時(shí)間就會(huì)改變，且隨著剩磁大小的變化而變化，因此僅僅使用選相合閘的實(shí)用性和準(zhǔn)確性并不高。合閘電阻最大的問(wèn)題在于合閘電阻投入時(shí)間太短，經(jīng)過(guò)收資調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)對(duì)于帶合閘電阻的GIS開(kāi)關(guān)電阻投入時(shí)間只能維持8-12ms，當(dāng)帶有剩磁的主變進(jìn)行空充操作時(shí)，很有可能出現(xiàn)磁通還未到達(dá)最大值，合閘電阻已經(jīng)退出的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為克服現(xiàn)有技術(shù)中抑制變壓器勵(lì)磁涌流方法的技術(shù)缺陷，本發(fā)明公開(kāi)了一種基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法。
[0008]本發(fā)明所述基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，包括以下步驟:
剩磁消除:對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行剩磁消除；
初次合閘:初次合閘的合閘相A相剩磁量最大,極性與變壓器鐵芯剩磁極性相同，且初次合閘時(shí)間Tl在T2之前DT，所述T2為交流電源電壓每周期取得最大值時(shí)的時(shí)間點(diǎn)；
二次合閘:二次合閘的合閘相為三相交流電除A相外的另外兩相，且二次合閘時(shí)間T3在T4之前DT，所述T4為T(mén)l之后延時(shí)四分之一 TO的時(shí)刻，所述TO為交流電周期；
所述DT為合閘開(kāi)關(guān)的時(shí)間離散分布區(qū)間。
[0009]優(yōu)選的，所述剩磁消除步驟利用交流電對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行剩磁消除。
[0010]進(jìn)一步的，所述剩磁消除比例大于90%。
[0011]優(yōu)選的，所述初次合閘和二次合閘過(guò)程中均包括合閘電阻投退，所述合閘電阻投退為在合閘時(shí)將合閘電阻接入合閘開(kāi)關(guān)，延時(shí)T5后將合閘電阻短路退出，所述T5不短于8毫秒。
[0012]具體的，所述DT=I毫秒。
[0013]具體的，所述合閘電阻阻值大于1500歐姆。
[0014]采用本發(fā)明所述的基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，可以避免由于開(kāi)關(guān)的離散特性導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)合閘的最佳時(shí)刻，還能滿(mǎn)足現(xiàn)有合閘電阻投入時(shí)間不超過(guò)8ms的機(jī)械動(dòng)作要求，從而實(shí)現(xiàn)不同容量主變、不同運(yùn)行工況下對(duì)勵(lì)磁涌流的完全抑制。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為考慮剩磁情況下合空載變壓器的各相磁鏈和電壓變化曲線(xiàn)示意圖；
圖2為本發(fā)明抑制勵(lì)磁涌流原理說(shuō)明示意圖；
圖3為本發(fā)明所述利用交流電消除剩磁的原理示意圖；
圖4為A相合閘后的二相磁通關(guān)系不意圖不意圖；
圖1中橫坐標(biāo)為時(shí)間，單位為秒，縱坐標(biāo)分別為磁通標(biāo)么值和一次側(cè)勵(lì)磁電壓，單位分別為Pu和kV ；
圖2中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為電壓和磁通量；
圖3中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為磁通量；
圖4中橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為相位?！揪唧w實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]如圖1所示，以A相為例，假設(shè)變電站空載主變前，A相帶有60%的正向剩磁，B、C兩相分別帶有30%的反向剩磁。根據(jù)勵(lì)磁涌流產(chǎn)生的機(jī)理可知，為了使A相最大限度的產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，必須選擇A相電壓初相角為0°時(shí)合閘。因此設(shè)置系統(tǒng)電壓Is時(shí)A相電壓相位恰好為0°，合閘空載變壓器，二分之一個(gè)周期(對(duì)50赫茲工頻市電，半周期為0.0ls=IO毫秒)后，A相磁鏈到達(dá)最大值，此時(shí)勵(lì)磁涌流也達(dá)到最大值?？梢钥闯?，為了有效抑制A相勵(lì)磁涌流，合閘電阻投入時(shí)間必須大于10ms。在不考慮開(kāi)關(guān)離散性的條件下，B相和C相的反向磁鏈最大值分別出現(xiàn)在1.0067s和1.0133s,因此為了同時(shí)抑制B、C兩相的勵(lì)磁涌流，合閘電阻的投入時(shí)間至少達(dá)到13.3ms。該時(shí)間還未計(jì)及開(kāi)關(guān)的離散性、剩磁的衰減速度、以及相間勵(lì)磁的影響大小，并且如果剩磁大小改變，合閘電阻投入時(shí)間需要進(jìn)一步增大。因此，如果按照目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的合閘電阻的投入時(shí)間，是無(wú)法全抑制B、C兩相的勵(lì)磁涌流。
[0018]本發(fā)明所述的一種基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，包括以下步驟:
剩磁消除:對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行剩磁消除；
初次合閘:初次合閘的合閘相A相剩磁量最大,極性與變壓器鐵芯剩磁極性相同，且初次合閘時(shí)間Tl在T2之前DT，所述T2為交流電源電壓每周期取得最大值時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，二次合閘:二次合閘的合閘相為三相交流電除A相外的另外兩相，且二次合閘時(shí)間T3在T4之前DT，所述T4為T(mén)I之后延時(shí)四分之一 TO的時(shí)刻，所述TO為交流電周期；所述DT為合閘開(kāi)關(guān)的時(shí)間離散分布區(qū)間。
[0019]仍然以50赫茲工頻市電為例，如圖2所示，曲線(xiàn)u為電源電壓曲線(xiàn)，曲線(xiàn)為變壓器磁鏈曲線(xiàn)。根據(jù)理論分析可知，為了避免空載合閘沖擊電流的產(chǎn)生，在電源經(jīng)過(guò)最大值瞬間合閘最為有利，即在a點(diǎn)合閘，此時(shí)變壓器中的磁鏈不存在任何直流分量，由于正弦電路四分之一周期后磁通到達(dá)最大值磁鏈到達(dá)最大值，需要四分之一周期即5ms。如果考慮開(kāi)關(guān)Ims的延時(shí)，即在延后曲線(xiàn)I上的b點(diǎn)合閘，根據(jù)磁鏈?zhǔn)睾阍?，變壓器中的磁鏈將產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的直流分量，最大磁通本應(yīng)該出現(xiàn)在四分之三周期15ms，考慮開(kāi)關(guān)Ims的動(dòng)作離散性，磁鏈到達(dá)最大值需要提前I毫秒即14ms。
[0020]在表一中，由于市面產(chǎn)品上合閘電阻投入時(shí)間最小時(shí)間為8ms,因此在a點(diǎn)合閘是能有效抑制勵(lì)磁涌流的，但是如果在b點(diǎn)合閘，由于存在開(kāi)關(guān)離散分布區(qū)間DT，即各個(gè)開(kāi)關(guān)由于存在的個(gè)體差異，可能存在開(kāi)關(guān)時(shí)間差值，該差值的分布范圍即為開(kāi)關(guān)離散分布區(qū)間DT,目前DT可以控制在I毫秒以?xún)?nèi)，由于DT的存在，有可能存在變壓器磁鏈還未進(jìn)入飽和區(qū)，合閘電阻已經(jīng)退出的情況，這將使得勵(lì)磁涌流無(wú)法得到有效抑制。為此，在設(shè)計(jì)選相合閘時(shí)，必須將合閘時(shí)間提前DT=Ims,且合閘相的電壓極性必須與剩磁極性一致。在此基礎(chǔ)上，即使考慮Ims的開(kāi)關(guān)動(dòng)作離散性，也能保證合閘后變壓器磁鏈的最大值出現(xiàn)在8ms之內(nèi)。
[0021]選擇剩磁最大相為合閘相。假設(shè)為A相，選擇電源電壓經(jīng)過(guò)最大值(即磁鏈為O)時(shí)進(jìn)行合閘，考慮開(kāi)關(guān)動(dòng)作存在Ims的離散特性，由圖2可知，選相合閘時(shí)間應(yīng)該為最佳合閘時(shí)間提前Ims合閘，且合閘相的電壓極性必須與剩磁極性一致。當(dāng)A相先在最佳相位即系統(tǒng)電壓峰值處投入后，如圖4所示，B、C兩相均會(huì)產(chǎn)生與A相反向且幅值減小一半的相電壓與感應(yīng)磁通。A相在關(guān)合時(shí)間達(dá)到I /4工頻周期時(shí)，在B、C兩相產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)磁通與這兩相在該處的預(yù)感應(yīng)磁通相等,則此時(shí)刻應(yīng)為B、C兩相的最佳合閘時(shí)刻。此后各相磁通按照系統(tǒng)電壓變化規(guī)律進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，避免了鐵芯飽和，達(dá)到了削弱勵(lì)磁涌流的目的。
[0022]在空載合閘主變之前，先利用消磁器對(duì)主變進(jìn)行剩磁消除，該操作可以大幅度降低主變空充時(shí)出現(xiàn)過(guò)飽和的風(fēng)險(xiǎn)。一種優(yōu)選實(shí)施方式為在初次合閘前采用交流消磁法進(jìn)行剩磁消除，如圖3所示，由于特定原因使變壓器鐵心中的剩磁為圖中的A點(diǎn)，那么可根據(jù)不同外施交流電壓下的特定磁滯回線(xiàn)組，確定該點(diǎn)所在的磁滯回線(xiàn)的全部回線(xiàn)。即圖中最外圍面積最大的磁滯回線(xiàn)包圍的整個(gè)部分。此時(shí)將在低壓側(cè)施加交流電源并進(jìn)行空載試驗(yàn)，起初由于存在較大的剩磁，在回線(xiàn)上表現(xiàn)為試驗(yàn)電流值較大，但是隨著試驗(yàn)電流的消磁作用，剩磁降逐漸減小，試驗(yàn)電流也將隨著剩磁的減少而不斷減小，附加損耗也不斷減小。通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的反復(fù)作用，隨著磁滯回線(xiàn)面積的不斷減小(如圖3中O1坐標(biāo)系下的變化過(guò)程)，最后完全消除剩磁，形成沒(méi)有剩磁影響時(shí)穩(wěn)定的磁滯回線(xiàn)h2，即圖3中最小的磁滯回線(xiàn)。圖3中，由A點(diǎn)變化到D點(diǎn)的過(guò)程，即為消磁的全過(guò)程，如果將0，02兩個(gè)坐標(biāo)軸重合，回線(xiàn)初始面積Stj (包圍O點(diǎn)的最大的閉合磁滯回線(xiàn)面積)與最終面積Sre (包圍02點(diǎn)的最小的閉合磁滯回線(xiàn)面積)的差值，就是消磁時(shí)轉(zhuǎn)化的鐵心磁場(chǎng)能。剩磁消除比例最好大于90%,更利于后續(xù)步驟的勵(lì)磁抑制。
[0023]又一優(yōu)選實(shí)施方式為在合閘時(shí)引入合閘電阻投退機(jī)制，所述初次合閘和二次合閘過(guò)程中均包括合閘電阻投退，所述合閘電阻投退為在合閘時(shí)將合閘電阻接入合閘開(kāi)關(guān)，延時(shí)T5后將合閘電阻短路退出，所述T5不短于8毫秒。
[0024]合閘電阻投退方式按照分相操作原則進(jìn)行。例如當(dāng)A相選相合閘接受到控制信號(hào)后，立刻將該信號(hào)引入合閘電阻投入控制裝置，合閘電阻隨開(kāi)關(guān)投入，考慮到現(xiàn)有設(shè)備合閘電阻投入時(shí)間限制，A相合閘電阻8-12ms后通過(guò)短接退出。在A相投入I /4工頻周期后，分別將投入信號(hào)引入B、C兩相合閘電阻投入裝置，合閘電阻開(kāi)關(guān)投入，同樣在8-12ms后通過(guò)短接退出。在該策略下，可以保證A、B、C三相的最大磁通出現(xiàn)在合閘電阻退出之前，因此可以有效限制住勵(lì)磁涌流。投退時(shí)間T5根據(jù)合閘電阻自身特性決定，一般不小于8毫秒，合閘電阻最好大于1500歐姆。
[0025]采用本發(fā)明所述的基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，可以避免由于開(kāi)關(guān)的離散特性導(dǎo)致錯(cuò)過(guò)合閘的最佳時(shí)刻，還能滿(mǎn)足現(xiàn)有合閘電阻投入時(shí)間不超過(guò)8ms的機(jī)械動(dòng)作要求，從而實(shí)現(xiàn)不同容量主變、不同運(yùn)行工況下對(duì)勵(lì)磁涌流的完全抑制。
[0026]前文所述的為本發(fā)明的各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中的優(yōu)選實(shí)施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實(shí)施方式為前提，各個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式都可以任意疊加組合使用，所述實(shí)施例以及實(shí)施例中的具體參數(shù)僅是為了清楚表述發(fā)明人的發(fā)明驗(yàn)證過(guò)程，并非用以限制本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍，本發(fā)明的專(zhuān)利保護(hù)范圍仍然以其權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)，凡是運(yùn)用本發(fā)明的說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等同結(jié)構(gòu)變化，同理均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，其特征在于，包括以下步驟: 剩磁消除:對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行剩磁消除； 初次合閘:初次合閘的合閘相A相剩磁量最大，極性與變壓器鐵 芯剩磁極性相同，且初次合閘時(shí)間Tl在T2之前DT，所述T2為交流電源電壓每周期取得最大值時(shí)的時(shí)間點(diǎn)； 二次合閘:二次合閘的合閘相為三相交流電除A相外的另外兩相，且二次合閘時(shí)間T3在T4之前DT，所述T4為T(mén)l之后延時(shí)四分之一 TO的時(shí)刻，所述TO為交流電周期； 所述DT為合閘開(kāi)關(guān)的時(shí)間離散分布區(qū)間。
2.如權(quán)利要求1所述的基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，其特征在于，所述剩磁消除步驟利用交流電對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行剩磁消除。
3.如權(quán)利要求2所述的一種基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，其特征在于，所述剩磁消除比例大于90%。
4.如權(quán)利要求1所述的基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，其特征在于，所述初次合閘和二次合閘過(guò)程中均包括合閘電阻投退，所述合閘電阻投退為在合閘時(shí)將合閘電阻接入合閘開(kāi)關(guān)，延時(shí)T5后將合閘電阻短路退出，所述T5不短于8毫秒。
5.如權(quán)利要求1所述的一種基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，其特征在于，所述DT=I毫秒。
6.如權(quán)利要求4所述的一種基于交流消磁法的勵(lì)磁涌流抑制方法，其特征在于，所述合閘電阻阻值大于1500歐姆。
【文檔編號(hào)】H02H9/04GK103701110SQ201410010815
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2014年1月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月10日
【發(fā)明者】魏巍, 丁理杰, 張華 , 湯凡, 滕予非, 李甘 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院