專利名稱：一種抑制直流偏磁引起變壓器噪音的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于緊急保護(hù)電路裝置領(lǐng)域，尤其涉及一種用于抑制變壓器中性點(diǎn)直 流電流的緊急保護(hù)電路裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)電網(wǎng)的建設(shè)，越來(lái)越多的直流輸電線路(亦稱作高壓直流輸電)投入運(yùn) 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(yùn)行(亦稱作不對(duì)稱運(yùn)行)時(shí)，地表會(huì)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釆用中性點(diǎn)接地的方式時(shí)， 大地直流差壓通過(guò)中性點(diǎn)接地對(duì)變壓器產(chǎn)生直流偏磁，交流變壓器中性點(diǎn)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(yùn)行。其中帶來(lái)的明顯的后果是變壓器噪音大大增加，經(jīng)測(cè)量，變壓 器噪聲的平均值大于75分貝，嚴(yán)重時(shí)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(huì)問(wèn)題，產(chǎn)生諸多不利影響。
同時(shí)，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(guó)內(nèi)對(duì)220KV變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)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(chǎng)實(shí)際測(cè)量。由于220KV變電站跨距相對(duì)較長(zhǎng)，在則較長(zhǎng)的距離產(chǎn)生的 直流地電位差相對(duì)較大，因此容易構(gòu)成直流回路。根據(jù)國(guó)內(nèi)一些測(cè)試報(bào)告數(shù)據(jù)顯示 220KV變電站中性點(diǎn)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(guó)內(nèi)外一些地方采用在中性點(diǎn)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(gè)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(diǎn)直流電流裝置，它用來(lái)限制高壓直流輸電系統(tǒng)在采用大地返 回方式時(shí)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(diǎn)接入小容抗，在系統(tǒng)故障時(shí)將其旁路。國(guó)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(dòng)的 若干運(yùn)行措施。從實(shí)際應(yīng)用中歸納起來(lái)有以下三種方式來(lái)解決直流分量-1) 在變壓器中性點(diǎn)裝小電阻，以限制直流電流的大小。2) 在變壓器中性點(diǎn)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(diǎn)的直流電勢(shì)，以減少中性點(diǎn)直流。上述方法解決方法各有利弊，第一種方法簡(jiǎn)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(shí)，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(lái)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(shí)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(lái)了其他的問(wèn)題。實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種抑制直流偏磁引起變壓器噪音的裝 置，其在整個(gè)中心點(diǎn)接地電流由小到大的變化過(guò)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(dòng)旁路保 證隔直隔直組件的萬(wàn)無(wú)一失，不改變現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，同時(shí)在正常運(yùn)行吋又可 將直流分量徹底隔斷。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是提供一種抑制直流偏磁引起變壓器噪音的裝置，包括 設(shè)置在變壓器中性點(diǎn)與接地極之間的隔直單元和一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元，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(diǎn)與接地極之間，構(gòu)成一個(gè)完整的隔直單元。上述的隔直單元在正常工況下呈容性特性，當(dāng)中性點(diǎn)電流增大時(shí)呈阻容特性，在 一次系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致電流劇增時(shí)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)。所述的一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元包括兩個(gè)反向并聯(lián)的第一和第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路，每個(gè)單向過(guò)電壓保護(hù)回路包括n個(gè)(論2) 二極管，各二極管同向依次串聯(lián)，第一和第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路反向并聯(lián)后，連接在變壓器中性點(diǎn)與接地極之間，構(gòu)成一 個(gè)完整的一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元。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(dòng)短路，直接將隔直單 元短路切除，使得變壓器中性點(diǎn)直接接地。具體的，其第一和第二電解電容的負(fù)極連接，第一和第二電解電容的正極分別與 變壓器中性點(diǎn)與接地極連接。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(duì)應(yīng)連接。第一單向過(guò)電壓保護(hù)回路第l個(gè)二極管的正極與變壓器中性點(diǎn)連接，第n個(gè)二極 管的負(fù)極與接地極連接。第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路第1個(gè)二極管的負(fù)極與變壓器中性點(diǎn)連接，第n個(gè)二極 管的正極與接地極連接。進(jìn)一步的，在變壓器中性點(diǎn)與接地極之間，還可設(shè)置一自動(dòng)旁路開(kāi)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(yùn)行，將變壓器的中性點(diǎn)直接接地。在第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路第n個(gè)二極管的正極與接地極之間，還可設(shè)置一旁路 開(kāi)關(guān)的動(dòng)作線圈。與現(xiàn)有技術(shù)比較，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)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(yùn) 行方式和故障情況，合理設(shè)置了轉(zhuǎn)折點(diǎn)，既不影響現(xiàn)有繼電保護(hù)裝置的系統(tǒng)參數(shù)，又 不會(huì)改變?cè)瓉?lái)一次系統(tǒng)的各種工況，還達(dá)到了條低變壓器噪聲的發(fā)明目的；2.將兩個(gè)有極性電解電容反極性串接，再并接一對(duì)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(shí)還可保障電解電 容的運(yùn)行安全性；3. 利用多個(gè)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(jiǎn)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(guò)，元件幾乎沒(méi)有發(fā)熱量，在故障情況下由于短路電流時(shí)間極短，且電流受到變壓器 短路阻抗的限制以及旁路開(kāi)關(guān)的作用，故無(wú)需對(duì)二極管進(jìn)行散熱處理，亦有利于縮小 整個(gè)裝置的體積；5.該裝置由于沒(méi)有控制回路，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行中不存在維護(hù)問(wèn)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(yùn)行中某個(gè)元器件發(fā)生 問(wèn)題，也不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重后果。
圖l是本實(shí)用新型的等效龜路拓?fù)鋱D；圖2是本實(shí)用新型隔直單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。圖1中，本實(shí)用新型包括在變壓器中性點(diǎn)O (或O')與接地極Q (或Q')之間 并聯(lián)設(shè)置的隔直單元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(diǎn)在 于，將兩個(gè)有極性的電解電容反極性串接，在每個(gè)電解電容的兩端，以反極性方式并 接一個(gè)二極管(具體連接方式見(jiàn)圖2)，在保護(hù)電容的同時(shí)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(gè)完整的具有良好交流通道的隔直單元i (或r)。換句話說(shuō)，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(diǎn)與接地極之間，構(gòu)成一個(gè)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(diǎn)電流增大時(shí)呈阻容特性，在一次系 統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致電流劇增時(shí)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(gè)發(fā)明創(chuàng)造點(diǎn)在于，其一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元包括兩個(gè)反向并聯(lián)的第一單向過(guò)電壓保護(hù)回路2-l(或2-l')和第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路2-2(或2-2')， 每個(gè)單向過(guò)電壓保護(hù)回路包括n個(gè)(n22) 二極管，各二極管同向依次串聯(lián)，第一和第 二單向過(guò)電壓保護(hù)回路反向并聯(lián)后，連接在變壓器中性點(diǎn)與接地極之間，構(gòu)成一個(gè)完 整的一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元2 (或2')。由圖可見(jiàn)，第一單向過(guò)電壓保護(hù)回路第1個(gè)二極管的正極與變壓器中性點(diǎn)連接， 第n個(gè)二極管的負(fù)極與接地極連接；第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路第1個(gè)二極管的負(fù)極與 變壓器中性點(diǎn)連接，第n個(gè)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(dòng)短路，直接將隔直單元短路 切除，使得變壓器中性點(diǎn)直接接地。進(jìn)一步地，在變壓器中性點(diǎn)與接地極之間，還可設(shè)置一自動(dòng)旁路開(kāi)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(yùn)行，將變壓器的中性點(diǎn) 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(guò)電壓保護(hù)回路中(圖中以2-2為例)串接一旁路開(kāi)關(guān)的動(dòng)作線圈，過(guò)流動(dòng)作線圈的輸出信號(hào)用于啟動(dòng)所述旁路 開(kāi)關(guān)的閉合接通動(dòng)作。圖中以第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路2-2為例，在所述第二單向過(guò) 電壓保護(hù)回路第n個(gè)二極管的正極與接地極之間，設(shè)置了旁路幵關(guān)的動(dòng)作線圈2-3(或 2-3')。采用上述技術(shù)方案，在整個(gè)中心點(diǎn)接地電流由小到大的變化過(guò)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(dòng)旁路保證隔直隔直組件的萬(wàn)無(wú)一失，不改變現(xiàn)有電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，同 時(shí)在正常運(yùn)行時(shí)可將直流分量徹底隔斷。實(shí)際工作時(shí)1. 大地直流電流Iz在二臺(tái)變壓器中心點(diǎn)接地之間的土壤電阻Z上面產(chǎn)生電壓降(根 據(jù)實(shí)際測(cè)試此電壓的最高值可達(dá)40V 50V之間)；2. 在電阻Z的中心點(diǎn)接地二端電壓通過(guò)變壓器中心點(diǎn)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(guò)電容，大電流通過(guò)二極管，構(gòu)成極其簡(jiǎn)單的隔離直流 電流保證交流通道的良好效果；同時(shí)，由于大功率二極管短時(shí)承受大電流工作特性的 優(yōu)點(diǎn)，元器件長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性極高。一旦短路電流通過(guò)中性點(diǎn)接地，在短時(shí)期內(nèi)通過(guò)二極管回路，經(jīng)過(guò)旁路開(kāi)關(guān)的固 有合閘時(shí)間(4 10mS)直接就將中性點(diǎn)直接接地，即便旁路接地中性點(diǎn)短路電流全 部通過(guò)二極管回路，對(duì)裝置也沒(méi)有影響。圖2中，將兩個(gè)有極性的電解電容Cl和C2反極性串接，在每個(gè)電解電容的兩 端，以反極性方式并接一個(gè)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(shí)消除等電容串聯(lián)造成的容量減半效應(yīng)，構(gòu)成了一個(gè)完整的具有良好交流通 道的隔直單元。具體地，其隔直單元包括第一電解電容Cl、第二電解電容C2、第一保護(hù)二極管Dl和第二保護(hù)二極管D2，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(diǎn)與接地極之間。具體地，第一和第二電解電容的負(fù)極連接，第一和第二電解電容的正極分別與變 壓器中性點(diǎn)與接地極連接，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(duì)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(diǎn)電 流增大時(shí)呈阻容特性，在一次系統(tǒng)發(fā)生故障導(dǎo)致電流劇增時(shí)呈電阻特性，且隨著故障 電流的增大其電阻值急劇下降。綜上，本裝置由于運(yùn)行中不發(fā)熱，電容小型化，整個(gè)體積非常小，不超過(guò)1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(shí)施方式的列舉，僅僅是為了有助于更好地理解本實(shí)用新型的技 術(shù)方案，而不應(yīng)看作是對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的限定。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在領(lǐng)會(huì)和掌握了本實(shí)用新型的創(chuàng)新意圖和設(shè)計(jì)思路后， 無(wú)需經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)，完全可以在本實(shí)用新型上述技術(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，而這些變性方案亦應(yīng)屬于本實(shí)用新型請(qǐng)求保護(hù)的范 圍。本實(shí)用新型可廣泛用于電力系統(tǒng)的輸、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裝置，包括設(shè)置在變壓器中性點(diǎn)與接地極之間的隔直單元和一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元，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(diǎn)與接地極之間，構(gòu)成一個(gè)完整的隔直單元；所述的一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元包括兩個(gè)反向并聯(lián)的第一和第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路，每個(gè)單向過(guò)電壓保護(hù)回路包括n個(gè)(n≥2)二極管，各二極管同向依次串聯(lián)，第一和第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路反向并聯(lián)后，連接在變壓器中性點(diǎn)與接地極之間，構(gòu)成一個(gè)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裝置，其特征是所述第 一和第二電解電容的負(fù)極連接，第一和第二電解電容的正極分別與變壓器中性點(diǎn)與接 地極連接。
3. 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裝置，其特征是所述的 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(duì)應(yīng)連接。
4. 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裝置，其特征是所述的 第一單向過(guò)電壓保護(hù)回路第1個(gè)二極管的正極與變壓器中性點(diǎn)連接，第n個(gè)二極管的 負(fù)極與接地極連接。
5. 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裝置，其特征是所述的 第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路第l個(gè)二極管的負(fù)極與變壓器中性點(diǎn)連接，第n個(gè)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裝置，其特征是在所述 的變壓器中性點(diǎn)與接地極之間，設(shè)置一自動(dòng)旁路開(kāi)關(guān)。
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裝置，其特征是在所述 第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路第n個(gè)二極管的正極與接地極之間，設(shè)置一旁路開(kāi)關(guān)的動(dòng)作 線圈。
專利摘要一種抑制直流偏磁引起變壓器噪音的裝置，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，其特征是其隔直單元包括第一、第二電解電容、第一和第二保護(hù)二極管，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(diǎn)與接地極之間；其一次系統(tǒng)故障保護(hù)單元包括兩個(gè)反向并聯(lián)的第一和第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路，每個(gè)單向過(guò)電壓保護(hù)回路包括n個(gè)二極管，各二極管同向依次串聯(lián)，第一和第二單向過(guò)電壓保護(hù)回路反向并聯(lián)后，連接在變壓器中性點(diǎn)與接地極之間；其可廣泛用于輸、變電領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H02H7/04GK201118203SQ20072007621
公開(kāi)日2008年9月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:上海市電力公司超高壓輸變電公司