一種對稱雙芯移相變壓器負載條件下的級電壓計算方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對稱雙芯移相變壓器負載條件下的級電壓計算方法，所述計算方法為：根據(jù)移相變壓器的額定通過容量S和額定電壓UN確定額定電流IN和串聯(lián)變壓器電源側(cè)電壓根據(jù)額定電流IN、整體漏阻抗Z和功率因數(shù)角確定串聯(lián)變壓器負載側(cè)電壓進而結(jié)合空載時的移相角α確定串聯(lián)變壓器電源側(cè)電流和負載側(cè)電流根據(jù)串聯(lián)變壓器電源側(cè)電流和負載側(cè)電流確定勵磁變壓器一次側(cè)電流和二次側(cè)電流根據(jù)串聯(lián)變壓器電源側(cè)電壓負載側(cè)電壓勵磁變壓器一次側(cè)電流和二次側(cè)電流確定勵磁變壓器一次側(cè)電壓進而確定勵磁變壓器二次側(cè)電壓以及根據(jù)勵磁變壓器二次側(cè)電壓確定有載分接開關(guān)級電壓本發(fā)明還提出了移相變壓器在所選的n檔位下計算整體漏阻抗Zn和空載時移相角αn的方法。
【專利說明】
一種對稱雙芯移相變壓器負載條件下的級電壓計算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及變壓器制造技術(shù)領(lǐng)域，并且更具體地，涉及一種對稱雙芯移相變壓器 在負載條件下的有載分接開關(guān)級電壓計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 移相變壓器作為消除過載、控制系統(tǒng)有功潮流的方法因操作便捷性和對電力系統(tǒng) 附加影響很小等優(yōu)勢得到了國內(nèi)外專家的廣泛關(guān)注。有載分接開關(guān)是移相變壓器調(diào)節(jié)電壓 移相角的關(guān)鍵組件，其關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的確定及合理選型將直接影響著移相變壓器的設(shè)計和 可靠運行?，F(xiàn)階段，對移相變壓器中有載分接開關(guān)級電壓的確定是首先在空載條件下進行 計算，再按照一定的經(jīng)驗裕度確定最大級電壓的大小，而與普通變壓器相比，移相變壓器結(jié) 構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計參數(shù)多樣，且存在超前調(diào)節(jié)和滯后調(diào)節(jié)兩種方式、負載電流大小以及與負載電 壓的相位差變化很大。因此對于在負載條件下級電壓的大小以及影響因素缺乏必要的理論 研究，按照現(xiàn)有方法不能經(jīng)濟、可靠的實現(xiàn)有載分接開關(guān)的選型。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了解決【背景技術(shù)】存在的上述問題，本發(fā)明提供一種精確計算雙芯移相變壓器負 載條件下的有載分接開關(guān)級電壓的計算方法。所述計算方法的積極效果在于:一方面，所述 方法克服了不同的移相變壓器由于設(shè)計的差異性導(dǎo)致的基于空載條件下裕度大小的分散 性，可以更準確的確定移相變壓器中有載分接開關(guān)級電壓的大小；另一方面，所述方法不依 賴于潮流計算的結(jié)果，僅由移相變壓器的通過容量以及額定電壓就可以進行負載條件下級 電壓的計算，便于工程設(shè)計人員在工程實際應(yīng)用中的使用，從而更好地為移相變壓器的設(shè) 計以及有載分接開關(guān)的選型提供技術(shù)指導(dǎo)。
[0004] 所述級電壓計算方法為：
[0005] 根據(jù)移相變壓器的額定通過容量S和額定電壓UN確定移相變壓器的額定電流IN;
[0006] 根據(jù)移相變壓器的額定電壓UN和串聯(lián)變壓器的電源側(cè)電壓相角巾確定串聯(lián)變壓 器一次側(cè)的電源側(cè)電壓;
[0007] 根據(jù)移相變壓器的額定電流IN、整體漏阻抗Z和功率因數(shù)角P確定串聯(lián)變壓器一次 側(cè)的負載側(cè)電壓Ui.
[0008] 根據(jù)移相變壓器的額定電流IN、整體漏阻抗Z、移相變壓器空載時的移相角a和功 率因數(shù)角供確定串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)繞組電流4和負載側(cè)繞組電流4;
[0009] 根據(jù)串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)繞組電流/、和負載側(cè)繞組電流t確定勵磁變壓 器一次側(cè)繞組電流和二次側(cè)繞組電流4:2
[0010] 根據(jù)串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)電壓和負載側(cè)電壓確定勵磁變壓器一次側(cè) 電壓t/￡1 ;
[0011] 根據(jù)勵磁變壓器一次側(cè)電壓^和一次側(cè)繞組電流4確定勵磁變壓器一次側(cè)的空 載電壓和二次側(cè)的空載電壓&二2;
[0012] 根據(jù)勵磁變壓器二次側(cè)繞組電流和二次側(cè)的空載電壓&丨2確定勵磁變壓器二 次側(cè)電壓以及
[0013] 根據(jù)勵磁變壓器二次側(cè)電壓確定有載分接開關(guān)級電壓。
[0014] 優(yōu)選地，所述計算方法適用于移相變壓器超前調(diào)節(jié)和滯后調(diào)節(jié)兩種運行方式。
[0015] 優(yōu)選地，所述計算方法中的串聯(lián)變壓器的電源側(cè)電壓相角是可變的，范圍為-180° 至180°。
[0016] 優(yōu)選地，在所選的n檔位下，所述移相變壓器的整體漏阻抗2"的計算公式如下：
[0018] D = n/nmax
[0019 ] 其中，Zsi，Zs2，Zei，Ze2分另ll為串聯(lián)變壓器一次側(cè)、二次側(cè)和勵磁變壓器一次側(cè)、二次 側(cè)繞組的漏阻抗，Ns為串聯(lián)變壓器的變比，Ne為開關(guān)位置在nmax時勵磁變壓器一次繞組與二 次繞組匝數(shù)的比值，n為所選檔位，nmax為最大檔位。
[0020]優(yōu)選地，在所選的n檔位下，所述移相變壓器空載時的移相角an計算公式如下：
[0022] D = n/nmax
[0023]其中，n為所選檔位，nmax為最大檔位，Ns為串聯(lián)變壓器的變比，Ne為開關(guān)位置在nmax 時勵磁變壓器一次繞組與二次繞組匝數(shù)的比值，且Ne前面符號的正、負分別對應(yīng)滯后調(diào)節(jié) 和超前調(diào)節(jié)。
[0024] 優(yōu)選地，串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)繞組電流尤和負載側(cè)繞組電流^存在如下關(guān) 系：
[0025] IL = eJais
[0026] 優(yōu)選地，在所選的n檔位下，根據(jù)串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)繞組電流匕和負載側(cè) 繞組電流4，通過公式4 牙口 確定勵磁變壓器的繞組電流/￡1和 匕2，其中D前面符號的正、負根據(jù)勵磁變壓器二次側(cè)繞組電流連接極性并結(jié)合理想變壓器 的電流關(guān)系確定。
[0027] 優(yōu)選地，在所選的n檔位下，根據(jù)串聯(lián)變壓器的二次側(cè)繞組電流4 = A^,,c〇s(?/2)e~2， 通過公式/￡2 =7^//52和j￡1/i￡2 =±/)/乂確定勵磁變壓器繞組電流/￡1和夂2，其中D前面符 號的正、負根據(jù)勵磁變壓器二次側(cè)繞組電流連接極性并結(jié)合理想變壓器的電流關(guān)系確定。
【附圖說明】
[0028] 通過參考下面的附圖，可以更為完整地理解本發(fā)明的示例性實施方式：
[0029] 圖1示出了本發(fā)明【具體實施方式】的雙芯移相變壓器負載條件下的級電壓計算流程 圖；
[0030]圖2示出了本發(fā)明【具體實施方式】的雙芯移相變壓器接線拓撲圖；
[0031] 圖3示出了本發(fā)明【具體實施方式】的雙芯移相變壓器單相等效電路圖；
[0032] 圖4示出了本發(fā)明【具體實施方式】的雙芯移相變壓器單相等效模型圖；以及
[0033] 圖5示出了本發(fā)明【具體實施方式】的雙芯移相變壓器電壓、電流關(guān)系相量圖。
【具體實施方式】
[0034] 現(xiàn)在參考附圖介紹本發(fā)明的示例性實施方式，然而，本發(fā)明可以用許多不同的形 式來實施，并且不局限于此處描述的實施例，提供這些實施例是為了詳盡地且完全地公開 本發(fā)明，并且向所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員充分傳達本發(fā)明的范圍。對于表示在附圖中的示 例性實施方式中的術(shù)語并不是對本發(fā)明的限定。在附圖中，相同的單元/元件使用相同的附 圖標記。
[0035] 除非另有說明，此處使用的術(shù)語(包括科技術(shù)語)對所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員具有 通常的理解含義。另外，可以理解的是，以通常使用的詞典限定的術(shù)語，應(yīng)當(dāng)被理解為與其 相關(guān)領(lǐng)域的語境具有一致的含義，而不應(yīng)該被理解為理想化的或過于正式的意義。
[0036] 圖1是本發(fā)明【具體實施方式】的雙芯移相變壓器負載條件下的級電壓計算流程圖。 圖2是本發(fā)明【具體實施方式】的雙芯移相變壓器接線拓撲圖。如圖2所示，其中Sa、Sb、Sc和La、 Lb、Lc分別為A、B、C三相的輸入和輸出端。串聯(lián)變壓器二次側(cè)角型連接，勵磁變壓器二次側(cè)的 aE、bE、CE三相分別與串聯(lián)變壓器二次側(cè)bscs、ascs、asbs相連。按照此圖接線方式可實現(xiàn)電壓 相角滯后調(diào)節(jié)。圖3是本發(fā)明【具體實施方式】的雙芯移相變壓器在圖2所示連接拓撲下的單相 等效電路圖。如圖3所示，勵磁變壓器二次側(cè)繞組中的同名端(星號所示)與串聯(lián)變壓器二次 側(cè)相連，異名端接地。
[0037] 結(jié)合圖2和圖3,現(xiàn)以A相(設(shè)電源側(cè)電壓初相角巾=0°)、作滯后調(diào)節(jié)為例，根據(jù)圖1 所示計算流程圖對負載條件下級電壓的計算方法進行說明。
[0038] 優(yōu)選地，在步驟S101，根據(jù)移相變壓器的額定通過容量S和額定電壓UN確定移相變 壓器的額定電流IN，所述額定電流IN的計算公式如下：
[0040] 優(yōu)選地，在步驟S102,根據(jù)移相變壓器的額定電壓UN和設(shè)定的串聯(lián)變壓器的電源 側(cè)電壓相角巾=〇°確定串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)電壓由。所述串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電 源側(cè)電壓由的計算公式如下：
[0042]優(yōu)選地，在步驟S103,在所選的n檔位下，根據(jù)移相變壓器的額定電流In、整體漏阻 抗2"和功率因數(shù)角P確定串聯(lián)變壓器一次側(cè)的負載側(cè)電壓Ut,,。其中，所述整體漏阻抗2"的 計算公式如下：
[0044] D = n/nmax (4)
[0045] 在上述算式3、4中，251、252、2￡1、2￡2分別為串聯(lián)變壓器一次側(cè)、二次側(cè)和勵磁變壓器 一次側(cè)、二次側(cè)繞組的漏阻抗。n為所選檔位，nmax為最大檔位，Ns為串聯(lián)變壓器的變比，Ne為 開關(guān)位置在n max時勵磁變壓器一次繞組與二次繞組匝數(shù)的比值。
[0046] 圖5是本發(fā)明【具體實施方式】的雙芯移相變壓器電壓、電流關(guān)系相量圖。在圖5中，t；, 為空載時負載側(cè)電壓，為負載時負載側(cè)電壓，為作超前調(diào)節(jié)時電源側(cè)電壓，&為作 滯后調(diào)節(jié)時電源側(cè)電壓，表為負載電流，爐為負載側(cè)電壓與電流的相位差，a為空載時電壓移 相角，表示a為正，對應(yīng)超前調(diào)節(jié)，cu表示a為負，對應(yīng)滯后調(diào)節(jié)。相角0代表由于移相變壓器 的內(nèi)阻抗的存在而形成的附加移相角。
[0047] 在本實施例中，以滯后調(diào)節(jié)為例，在所選的n檔位下，因內(nèi)阻抗引起的電壓的內(nèi)移 相角用^表示，如圖5所示，其可通過下式進行計算：
[0049] 其中，是空載時負載側(cè)電壓，其幅值近似等于電源側(cè)電壓幅值，力/A為負載側(cè) 電流幅值。cos#為負載的功率因數(shù)，R4PX n分別為移相變壓器在n檔位時整體漏阻抗Zn的電 阻部分和電抗部分。
[0050] 如圖5所示，負載條件下負載側(cè)電壓的模值|^"|為
[0052]優(yōu)選地，在步驟S104,在所選的n檔位下，根據(jù)移相變壓器的額定電流In、整體漏阻 抗2"、移相變壓器空載時的移相角％和功率因數(shù)角P確定串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)繞組 電流和負載側(cè)繞組電流/?。其中，所述移相變壓器空載時的移相角a n計算公式如下：
[0054]根據(jù)式7求出的移相變壓器空載時的移相角an，所述串聯(lián)變壓器一次側(cè)的負載側(cè) 繞組電流計算公式如下：
[0056] 圖4是本發(fā)明【具體實施方式】的雙芯移相變壓器單相等效電路圖。a為空載條件下的 移相角，R+jX為移相變壓器的內(nèi)部等效阻抗，么、厶和％、厶分別為電源側(cè)電壓、電流和 負載側(cè)電壓、電流，為空載條件下負載側(cè)電壓。如圖4所示，串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè) 繞組電流&和負載側(cè)繞組電流/ ￡存在如下關(guān)系：
[0057] iL=.ej%
[0058]故在所選的n檔位下，所述串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)繞組電流4的計算公式如 下：
[0060]優(yōu)選地，在步驟105(A)，在所選的n檔位下，根據(jù)串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)繞組 電流4和負載側(cè)繞組電流4，通過公式i￡1 =4 -I和=-/)/~確定勵磁變壓器的 繞組電流tdPiu。具體計算方式如下：
[0062]優(yōu)選地，在步驟105(B)，在所選的n檔位下，根據(jù)串聯(lián)變壓器的二次側(cè)繞組電流 =乂 (4, +4)/2，通過公式4 式2和4/4 =-D/乂確定勵磁變壓器繞組電流4 和息2.。:具體計算方式如下：
[0065] 優(yōu)選地，在步驟106,在所選的n檔位下，根據(jù)串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)電壓&和 負載側(cè)電壓么,,確定勵磁變壓器一次側(cè)電壓如圖5所示，所述勵磁變壓器一次側(cè)電壓 &￡1的計算公式如下：
[0067] 優(yōu)選地，在步驟107,在所選的n檔位下，根據(jù)勵磁變壓器一次側(cè)電壓[>￡1和一次側(cè) 繞組電流匕,確定勵磁變壓器一次側(cè)的空載電壓和二次側(cè)的空載電壓。其中，勵磁變 壓器一次側(cè)的空載電壓和二次側(cè)的空載電壓計算公式如下：
[0071] 其中，Ne為開關(guān)位置在nmax時勵磁變壓器一次繞組與二次繞組匝數(shù)的比值，n為所 選檔位，nmax為最大檔位。
[0072] 優(yōu)選地，在步驟108,在所選的n檔位下，根據(jù)勵磁變壓器二次側(cè)繞組電流和二 次側(cè)的空載電壓確定勵磁變壓器二次側(cè)電壓如圖3所示，所述勵磁變壓器二次側(cè) 電壓& ￡:2的計算公式如下：
[0073] &E2=^E2 +^E2ZE2" (17)
[0074] 在式17中，ZE2n為在n檔位下二次側(cè)繞組的阻抗，其計算公式為
[0075] ZE2n = ZE2n/nmax (18)
[0076] 將式15、16和18代入式17,則：
[0078] 優(yōu)選地，在步驟109,在所選的n檔位下，根據(jù)勵磁變壓器二次側(cè)電壓[^2確定有載 分接開關(guān)級電壓故負載條件下的有載分接開關(guān)的級電壓計算公式為：
[0080] 已經(jīng)通過上述實施方式描述了本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的，正如附帶 的專利權(quán)利要求所限定的，除了本發(fā)明以上公開的其他的實施例等同地落在本發(fā)明的范圍 內(nèi)。
[0081] 通常地，在權(quán)利要求中使用的所有術(shù)語都根據(jù)他們在技術(shù)領(lǐng)域的通常含義被解 釋，除非在其中被另外明確地定義。所有的參考"一個/所述/該[裝置、組件等]"都被開放地 解釋為所述裝置、組件等中的至少一個實例，除非另外明確地說明。這里公開的任何方法的 步驟都沒必要以公開的準確的順序運行，除非明確地說明。
【主權(quán)項】
1. 一種對稱雙芯移相變壓器負載條件下的級電壓計算方法，其特征在于： 根據(jù)移相變壓器的額定通過容量S和額定電壓UN確定移相變壓器的額定電流IN; 根據(jù)移相變壓器的額定電壓Un和串聯(lián)變壓器的電源側(cè)電壓相角巾確定串聯(lián)變壓器一次 側(cè)的電源側(cè)電壓; 根據(jù)移相變壓器的額定電流In、整體漏阻抗Z和功率因數(shù)角P確定串聯(lián)變壓器一次側(cè)的 負載側(cè)電壓; 根據(jù)移相變壓器的額定電流In、整體漏阻抗Z、移相變壓器空載時的移相角a和功率因數(shù) 角供確定串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)繞組電流和負載側(cè)繞組電流 根據(jù)串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)繞組電流4和負載側(cè)繞組電流^確定勵磁變壓器一次 側(cè)繞組電流4和二次側(cè)繞組電流42 根據(jù)串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)電壓(人和負載側(cè)電壓6',確定勵磁變壓器一次側(cè)電壓 UEl ； 根據(jù)勵磁變壓器一次側(cè)電壓和一次側(cè)繞組電流isl確定勵磁變壓器一次側(cè)的空載電 壓和二次側(cè)的空載電壓; 根據(jù)勵磁變壓器二次側(cè)繞組電流i,52和二次側(cè)的空載電壓確定勵磁變壓器二次側(cè)電 壓:;以及 根據(jù)勵磁變壓器二次側(cè)電壓確定有載分接開關(guān)級電壓。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，所述計算方法適用于移相變壓器超前調(diào)節(jié)和滯后 調(diào)節(jié)兩種運行方式。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其中所述串聯(lián)變壓器的電源側(cè)電壓相角巾是可變 的，范圍為-180°至180°。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其中在所選的n檔位下，所述移相變壓器的整體漏 阻抗znW計算公式如下：D = n/nmax 其中，Zsi，ZS2，Zei，ZE2分別為串聯(lián)變壓器一次側(cè)、二次側(cè)和勵磁變壓器一次側(cè)、二次側(cè)繞 組的漏阻抗，n為所選檔位，nmax為最大檔位，Ns為串聯(lián)變壓器的變比，Ne為開關(guān)位置在nmax時 勵磁變壓器一次繞組與二次繞組匝數(shù)的比值。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其中在所選的n檔位下，所述移相變壓器空載時的 移相角an計算公式如下：其中，n為所選檔位，nMX為最大檔位，Ns為串聯(lián)變壓器的變比，Ne為開關(guān)位置在rwx時勵 磁變壓器一次繞組與二次繞組匝數(shù)的比值，且Ne前面符號的正、負分別對應(yīng)滯后調(diào)節(jié)和超 前調(diào)節(jié)。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其中，串聯(lián)變壓器一次側(cè)的電源側(cè)繞組電流&和負 載側(cè)繞組電流/,存在如下關(guān)系： 4 =,人7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其中在所選的n檔位下，根據(jù)串聯(lián)變壓器一次側(cè)的 電源側(cè)繞組電流4和負載側(cè)繞組電流4，通過公式i ￡1 = 4 -乙和心/^ =±乃/乂確定勵 磁變壓器的繞組電流4和i,:2，其中D前面符號的正、負根據(jù)勵磁變壓器二次側(cè)繞組電流連 接極性并結(jié)合理想變壓器的電流關(guān)系確定。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的計算方法，其中在所選的n檔位下，根據(jù)串聯(lián)變壓器的二次側(cè) 繞組電流42=乂4?痛定勵磁變壓 器繞組電流4:1和七2，其中D前面符號的正、負根據(jù)勵磁變壓器二次側(cè)繞組電流連接極性并 結(jié)合理想變壓器的電流關(guān)系確定。
【文檔編號】G01R19/00GK106053921SQ201610622720
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月2日
【發(fā)明人】高飛, 李金忠, 劉欣, 王利桐, 郭銳, 關(guān)健昕, 張書琦, 李博, 程渙超, 趙志剛, 劉雪麗, 湯浩, 王健, 王健一, 孫建濤, 賈鵬飛, 遇心如, 吳超, 仇宇舟, 汪可, 趙曉宇, 申澤軍, 徐征宇
【申請人】中國電力科學(xué)研究院, 國家電網(wǎng)公司, 華北電力大學(xué)（保定）, 國網(wǎng)安徽省電力公司