專利名稱：一種斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力變壓器控制保護(hù)領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于電力變壓器在空載并網(wǎng)時(shí)抑制變壓器勵(lì)磁涌流的裝置及方法。
背景技術(shù)：
電力變壓器在空載合閘投入電網(wǎng)時(shí)，由于變壓器鐵芯中的剩磁、磁通飽和以及鐵芯材料的非線性特性會(huì)產(chǎn)生幅值相當(dāng)大的勵(lì)磁涌流(一般為6 8倍的變壓器額定電流)，由此可能導(dǎo)致電力變壓器的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作，還可能造成繞組變形，從而減少變壓器壽命。由于勵(lì)磁涌流含有多個(gè)諧波成分及直流分量，這將會(huì)降低電力系統(tǒng)供電質(zhì)量，同時(shí)在涌流中的高次諧波對(duì)連接到電力系統(tǒng)中的敏感設(shè)備也有極強(qiáng)的破壞作用。目前，業(yè)內(nèi)解決變壓器勵(lì)磁涌流問(wèn)題的方法有很多，可以歸納為兩類一類躲避措·施；一類是抑制措施。躲避措施，主要有識(shí)別變壓器勵(lì)磁涌流，調(diào)整繼電保護(hù)設(shè)備的動(dòng)作方式，允許在出現(xiàn)勵(lì)磁涌流的情況下通入變壓器。抑制措施有(I)外部控制，即在電力變壓器外部采取一些補(bǔ)救措施來(lái)削減空載合閘時(shí)的勵(lì)磁涌流，目前主要的技術(shù)是識(shí)別變壓器磁通，分相投入電網(wǎng)；(2)內(nèi)部控制，通過(guò)分析變壓器鐵心的勵(lì)磁原理，改變變壓器繞組的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)削減勵(lì)磁涌流。但在目前解決變壓器勵(lì)磁涌流現(xiàn)有技術(shù)中均沒(méi)有使用斬波調(diào)壓來(lái)抑制勵(lì)磁涌流的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制方法，它采用斬波調(diào)壓技術(shù)，使變壓器輸入端的端電壓從低到高逐漸調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)完全消除勵(lì)磁涌流。本發(fā)明的另一目的在于提供一種采用上述方法的晶閘管調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置，該勵(lì)磁涌流抑制裝置串聯(lián)于電網(wǎng)和變壓器之間，控制晶閘管的導(dǎo)通角，可以使施加在變壓器輸入端的端電壓逐漸升高，使變壓器內(nèi)部的磁場(chǎng)緩慢建立，待變壓器穩(wěn)定后再用開(kāi)關(guān)將變壓器直接投入電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)完全消除勵(lì)磁涌流。本發(fā)明斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制方法，其步驟是將斬波調(diào)壓裝置串聯(lián)在電網(wǎng)與變壓器之間；斬波調(diào)壓裝置的輸入電壓為電網(wǎng)電壓；輸出端連接變壓器；斬波調(diào)壓裝置的輸出電壓為變壓器的輸入端電壓；采用電壓傳感器測(cè)量電網(wǎng)電壓的大小及相位；將電網(wǎng)電壓信號(hào)送給斬波調(diào)壓裝置中的控制器；控制器控制斬波調(diào)壓裝置從低到高逐漸升高變壓器的端電壓；變壓器內(nèi)部的磁場(chǎng)緩慢建立，就不會(huì)出現(xiàn)大的勵(lì)磁涌流；隨著電壓的逐漸升高，變壓器的勵(lì)磁電流逐漸增大；當(dāng)變壓器的輸入端電壓與電網(wǎng)電壓同相位，并且電壓值大小相差不超過(guò)5%時(shí)，用開(kāi)關(guān)將變壓器直接投入電網(wǎng)，則斬波調(diào)壓裝置停止工作，變壓器并網(wǎng)工作結(jié)束。本發(fā)明采用如下元器件中的一種晶閘管、GTO、IGBT、IGCT，均可實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)壓。
本發(fā)明晶閘管調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置，它包括晶閘管主機(jī)、控制單元、電壓傳感器、電流傳感器、輸入接觸器、輸出接觸器及柜體，其特征在于所述的晶閘管主機(jī)，它包括晶閘管組、阻容吸收電路、均壓電路、觸發(fā)電路；晶閘管主機(jī)通過(guò)輸入接觸器、輸出接觸器串聯(lián)于電網(wǎng)和電力變壓器之間；在晶閘管主機(jī)和輸入接觸器之間設(shè)有電壓傳感器、電流傳感器；電壓傳感器、電流傳感器的檢測(cè)信號(hào)均送至控制單元；控制單元與晶閘管主機(jī)連接；晶閘管主機(jī)的輸出端與輸出接觸器連接至電力變壓器。其中，所述的晶閘管組，包括晶閘管和散熱器。所述的阻容吸收電路，包括電阻、電容、電阻支架和電容支架。所述的均壓電路，包括均壓電阻及電阻支架。所述的觸發(fā)電路，包括觸發(fā)電路板、觸發(fā)電源板。
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所述的控制單元，為晶閘管調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置的控制部分，包括主控板、主控電源板、信號(hào)板、操作界面。所述的電壓傳感器，用于測(cè)量電網(wǎng)電壓的幅值、相位，為控制單元提供測(cè)量電壓信號(hào)。所述的電流傳感器，用于測(cè)量電力變壓器電流，為控制單元提供測(cè)量電流信號(hào)。所述的輸入接觸器及輸出接觸器，用于本裝置的接入和退出控制。所述的柜體，為本裝置各部分設(shè)備的成套安裝。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明不需要檢測(cè)變壓器鐵心剩磁；不需要改變變壓器繞組結(jié)構(gòu)；變壓器三相可以同步投入電網(wǎng)，符合供電部門的要求；可以完全消除勵(lì)磁涌流，變壓器并網(wǎng)過(guò)程沒(méi)有任何沖擊。


圖I為斬波調(diào)壓原理圖；圖2為本發(fā)明斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制方法原理圖。圖3為本發(fā)明電力系統(tǒng)單線圖。圖4為本發(fā)明斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置方框圖。圖5-1為本發(fā)明斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置外部結(jié)構(gòu)主視圖。圖5-2為本發(fā)明斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置外部結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。圖6-1為本發(fā)明斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)主視圖(無(wú)門)。圖6-2為本發(fā)明斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)側(cè)視圖(無(wú)壁板)。圖6-3為本發(fā)明斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)后視圖(無(wú)壁板)。圖7為本發(fā)明工作過(guò)程電壓、電流波形圖。圖中標(biāo)號(hào)為I—晶閘管主機(jī)；2—觸發(fā)電路；3—控制單兀；4一輸入接觸器；5—輸出接觸器；6—電流傳感器；7—電壓傳感器；8—光纖；QFl一輸入斷路器；QF2—芳路斷路器；20-斬波調(diào)壓裝置；21_電網(wǎng)；22變壓器；23_開(kāi)關(guān)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I所示，在本發(fā)明中所應(yīng)用的斬波調(diào)壓的原理為調(diào)節(jié)導(dǎo)通角a，每周期的電壓只有部分輸出，輸出電壓的有效值就會(huì)低于輸入電壓有效值，起到了調(diào)節(jié)電壓的作用。對(duì)應(yīng)不同的導(dǎo)通角a，輸出電壓為
/2^)-sin 2q> + 2(n - a) + sin 2a
^=叫-^-·式中,Utl為電源電壓有效值，U1為輸出電壓有效值?！?為續(xù)流角；a—觸發(fā)角；0 —導(dǎo)通角。采用斬波調(diào)壓，輸出電壓可以在0 100%輸入電壓之間連續(xù)調(diào)節(jié)。如圖2所示，將斬波調(diào)壓裝置20串聯(lián)在電網(wǎng)21與變壓器22之間；斬波調(diào)壓裝置20的輸入電壓為電網(wǎng)電壓；斬波調(diào)壓裝置20的輸出端連接變壓器22 ;斬波調(diào)壓裝置20的輸出電壓就是變壓器22的輸入端電壓。電壓傳感器7測(cè)量電網(wǎng)21電壓的大小及相位；將電網(wǎng)電壓信號(hào)送給斬波調(diào)壓裝置20中的控制器；控制器控制調(diào)壓裝置20從低到高逐漸升高變壓器22的端電壓；變壓器22內(nèi)部的磁場(chǎng)緩慢建立，就不會(huì)出現(xiàn)大的勵(lì)磁涌流；隨著電壓的逐漸升高，變壓器22的勵(lì)磁電流逐漸增大；當(dāng)變壓器22的輸入端電壓與電網(wǎng)21電壓同相位，并且電壓值大小相差不超過(guò)5%時(shí)，用開(kāi)關(guān)23將變壓器22直接投入電網(wǎng)21，則斬波調(diào)壓裝置20停止工作，變壓器22并網(wǎng)工作結(jié)束。實(shí)施例I :采用本發(fā)明方法具體實(shí)施時(shí)，可將晶閘管作為斬波調(diào)壓元件，做成斬波調(diào)壓裝置。圖3至圖7為本發(fā)明應(yīng)用于一臺(tái)6kV/6300kVA變壓器空載起動(dòng)設(shè)備的實(shí)施例。圖3為本發(fā)明電力系統(tǒng)單線圖。即為本發(fā)明晶閘管勵(lì)磁涌流抑制裝置起動(dòng)一臺(tái)6kV/6300kVA變壓器的一次原理圖。圖3至圖7所示，本裝置起動(dòng)一臺(tái)變壓器的控制原理及過(guò)程如下(I)、根據(jù)變壓器的參數(shù)，在本裝置的操作界面上設(shè)置相關(guān)起動(dòng)參數(shù)，設(shè)置變壓器起動(dòng)曲線及初始起動(dòng)電壓，起動(dòng)曲線為慢斜坡上升的電壓曲線，初始電壓為10% 50%的額定電壓；(2)、當(dāng)變壓器準(zhǔn)備就緒后，由遠(yuǎn)程用戶控制室或本地一本裝置上的起動(dòng)按鈕發(fā)出起動(dòng)命令，本裝置的控制單元3控制用戶輸入斷路器QFl合閘；(3)、本裝置的控制單元3控制輸出接觸器5 (如附圖3中K2)合閘，控制輸入接觸器4 (如附圖3中Kl)合閘；(4)、本裝置的電壓傳感器7、電流傳感器6檢測(cè)一次回路電壓、電流；控制單元3根據(jù)電流、電壓值，結(jié)合已經(jīng)設(shè)置的起動(dòng)曲線，開(kāi)始控制晶閘管主機(jī)I的導(dǎo)通角，使輸出電壓(即變壓器的輸入電壓)從設(shè)定的初始電壓值開(kāi)始，慢斜坡、平穩(wěn)的上升，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器緩慢、平滑的充電，大大減少對(duì)變壓器的沖擊。由于初始電壓值低，根據(jù)空載變壓器合閘磁通與電壓成正比的關(guān)系，降低電壓就能減少磁通，從而達(dá)到降低勵(lì)磁涌流的作用。(5)、當(dāng)本裝置的輸出電壓(即變壓器的輸入電壓)達(dá)到額定電壓值時(shí)，控制單元3控制用戶旁路斷路器QF2合閘，經(jīng)過(guò)一段延時(shí)后，控制輸出接觸器5 (附圖3中K2)分閘，控制輸入接觸器4 (附圖3中Kl)分閘，最后控制用戶輸入斷路器QFl分閘，此時(shí)變壓器起動(dòng)完成，由用戶旁路斷路器供電，本裝置退出。如圖4-圖7所示，本發(fā)明晶閘管調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置，它包括晶閘管主機(jī)I、控制單元3、輸入接觸器4、輸出接觸器5、電流傳感器6、電壓傳感器7、輸入斷路器QF1、旁路斷路器QF2及柜體。晶閘管主機(jī)I通過(guò)輸入接觸器4、輸出接觸器5串聯(lián)于電網(wǎng)21和電力變壓器22之間；在晶閘管主機(jī)I和輸入接觸器4之間設(shè)有電壓傳感器7、電流傳感器6 ；電壓傳感器7、電流傳感器6的檢測(cè)信號(hào)均送至控制單元3 ;控制單元3與晶閘管主機(jī)I連接；晶閘管主機(jī)I的輸出端與輸出接觸器5連接至電力變壓器22。其中，觸發(fā)電路2，由觸發(fā)電路板、觸發(fā)電源板構(gòu)成；
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控制單元3由主控板、主控電源板、信號(hào)板、操作界面構(gòu)成；電壓傳感器7，用于測(cè)量電網(wǎng)電壓的幅值、相位，為控制單元3提供測(cè)量電壓信號(hào)；電流傳感器6，用于測(cè)量電力變壓器電流，為控制單元3提供測(cè)量電流信號(hào)；輸入接觸器4及輸出接觸器5、輸入斷路器QF1、旁路斷路器QF2用于本裝置的接入和退出控制。圖7為本發(fā)明工作過(guò)程電壓、電流波形圖。圖中A點(diǎn)時(shí)刻為輸入斷路器QF1、輸入接觸器4、輸出接觸器5閉合時(shí)刻；B點(diǎn)為本發(fā)明斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置從起始電壓開(kāi)始斬波調(diào)壓時(shí)刻；C點(diǎn)為輸出100%額定電壓時(shí)刻；D點(diǎn)為旁路斷路器QF2閉合，斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置退出工作時(shí)刻，此時(shí)變壓器接入電網(wǎng)，斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置完成工作。
權(quán)利要求
1.一種斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制方法，其步驟是 將斬波調(diào)壓裝置串聯(lián)在電網(wǎng)與變壓器之間；斬波調(diào)壓裝置的輸入電壓為電網(wǎng)電壓；輸出端連接變壓器；斬波調(diào)壓裝置的輸出電壓為變壓器的輸入端電壓； 采用電壓傳感器測(cè)量電網(wǎng)電壓的大小及相位；將電網(wǎng)電壓信號(hào)送給斬波調(diào)壓裝置中的控制器；控制器控制斬波調(diào)壓裝置從低到高逐漸升高變壓器的端電壓；變壓器內(nèi)部的磁場(chǎng)緩慢建立，不會(huì)出現(xiàn)大的勵(lì)磁涌流；隨著電壓的逐漸升高，變壓器的勵(lì)磁電流逐漸增大；當(dāng)變壓器的輸入端電壓與電網(wǎng)電壓同相位，并且電壓值大小相差不超過(guò)5%時(shí)，用開(kāi)關(guān)將變壓器直接投入電網(wǎng)，則斬波調(diào)壓裝置停止工作，變壓器并網(wǎng)工作結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制方法，其特征在于該方法采用如下元器件中的一種晶閘管、GTO、IGBT、IGCT，均可實(shí)現(xiàn)斬波調(diào)壓。
3.一種斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置，它包括晶閘管主機(jī)、控制單元、電壓傳感器、電流傳感器、輸入接觸器、輸出接觸器及柜體，其特征在于所述的晶閘管主機(jī)，它包括晶閘管組、阻容吸收電路、均壓電路、觸發(fā)電路；晶閘管主機(jī)通過(guò)輸入接觸器、輸出接觸器串聯(lián)于電網(wǎng)和電力變壓器之間；在晶閘管主機(jī)和輸入接觸器之間設(shè)有電壓傳感器、電流傳感器；電壓傳感器、電流傳感器的檢測(cè)信號(hào)均送至控制單元；控制單元與晶閘管主機(jī)連接；晶閘管主機(jī)的輸出端與輸出接觸器連接至電力變壓器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置，其特征在于所述的晶閘管組，包括晶閘管和散熱器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置，其特征在于所述的阻容吸收電路，包括電阻、電容、電阻支架和電容支架；所述的均壓電路，包括均壓電阻及電阻支架。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置，其特征在于所述的觸發(fā)電路，包括觸發(fā)電路板、觸發(fā)電源板。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置，其特征在于所述的控制單元，為晶閘管調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置的控制部分，包括主控板、主控電源板、信號(hào)板、操作界面。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置，其特征在于所述的電壓傳感器，用于測(cè)量電網(wǎng)電壓的幅值、相位，為控制單元提供測(cè)量電壓信號(hào)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置，其特征在于所述的電流傳感器，用于測(cè)量電力變壓器電流，為控制單元提供測(cè)量電流信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種斬波調(diào)壓勵(lì)磁涌流抑制裝置及方法，它是將斬波調(diào)壓裝置串聯(lián)在電網(wǎng)與變壓器之間；斬波調(diào)壓裝置的輸入電壓為電網(wǎng)電壓；輸出端連接變壓器；斬波調(diào)壓裝置的輸出電壓為變壓器的輸入端電壓；采用電壓傳感器測(cè)量電網(wǎng)電壓的大小及相位；將電網(wǎng)電壓信號(hào)送給斬波調(diào)壓裝置中的控制器；控制器控制斬波調(diào)壓裝置從低到高逐漸升高變壓器的端電壓；變壓器內(nèi)部的磁場(chǎng)緩慢建立，不會(huì)出現(xiàn)大的勵(lì)磁涌流；隨著電壓的逐漸升高，變壓器的勵(lì)磁電流逐漸增大；當(dāng)變壓器的輸入端電壓與電網(wǎng)電壓同相位，并且電壓值大小相差不超過(guò)5%時(shí)，用開(kāi)關(guān)將變壓器直接投入電網(wǎng)，則斬波調(diào)壓裝置停止工作，變壓器并網(wǎng)工作結(jié)束。本發(fā)明完全消除勵(lì)磁涌流，變壓器并網(wǎng)過(guò)程無(wú)任何沖擊。
文檔編號(hào)H02J3/38GK102790405SQ201210269050
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月30日
發(fā)明者于勝濤, 孫卓, 祖軍 申請(qǐng)人:能科節(jié)能技術(shù)股份有限公司