专利名称：一种斩波调压励磁涌流抑制装置及方法
技术领域：
本发明属于电力变压器控制保护领域，特别涉及一种应用于电力变压器在空载并网时抑制变压器励磁涌流的装置及方法。
背景技术：
电力变压器在空载合闸投入电网时，由于变压器铁芯中的剩磁、磁通饱和以及铁芯材料的非线性特性会产生幅值相当大的励磁涌流(一般为6 8倍的变压器额定电流)，由此可能导致电力变压器的差动保护误动作，还可能造成绕组变形，从而减少变压器寿命。由于励磁涌流含有多个谐波成分及直流分量，这将会降低电力系统供电质量，同时在涌流中的高次谐波对连接到电力系统中的敏感设备也有极强的破坏作用。目前，业内解决变压器励磁涌流问题的方法有很多，可以归纳为两类一类躲避措·施；一类是抑制措施。躲避措施，主要有识别变压器励磁涌流，调整继电保护设备的动作方式，允许在出现励磁涌流的情况下通入变压器。抑制措施有(I)外部控制，即在电力变压器外部采取一些补救措施来削减空载合闸时的励磁涌流，目前主要的技术是识别变压器磁通，分相投入电网；(2)内部控制，通过分析变压器铁心的励磁原理，改变变压器绕组的内部结构来削减励磁涌流。但在目前解决变压器励磁涌流现有技术中均没有使用斩波调压来抑制励磁涌流的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种斩波调压励磁涌流抑制方法，它采用斩波调压技术，使变压器输入端的端电压从低到高逐渐调节，从而实现完全消除励磁涌流。本发明的另一目的在于提供一种采用上述方法的晶闸管调压励磁涌流抑制装置，该励磁涌流抑制装置串联于电网和变压器之间，控制晶闸管的导通角，可以使施加在变压器输入端的端电压逐渐升高，使变压器内部的磁场缓慢建立，待变压器稳定后再用开关将变压器直接投入电网，从而实现完全消除励磁涌流。本发明斩波调压励磁涌流抑制方法，其步骤是将斩波调压装置串联在电网与变压器之间；斩波调压装置的输入电压为电网电压；输出端连接变压器；斩波调压装置的输出电压为变压器的输入端电压；采用电压传感器测量电网电压的大小及相位；将电网电压信号送给斩波调压装置中的控制器；控制器控制斩波调压装置从低到高逐渐升高变压器的端电压；变压器内部的磁场缓慢建立，就不会出现大的励磁涌流；随着电压的逐渐升高，变压器的励磁电流逐渐增大；当变压器的输入端电压与电网电压同相位，并且电压值大小相差不超过5%时，用开关将变压器直接投入电网，则斩波调压装置停止工作，变压器并网工作结束。本发明采用如下元器件中的一种晶闸管、GTO、IGBT、IGCT，均可实现斩波调压。
本发明晶闸管调压励磁涌流抑制装置，它包括晶闸管主机、控制单元、电压传感器、电流传感器、输入接触器、输出接触器及柜体，其特征在于所述的晶闸管主机，它包括晶闸管组、阻容吸收电路、均压电路、触发电路；晶闸管主机通过输入接触器、输出接触器串联于电网和电力变压器之间；在晶闸管主机和输入接触器之间设有电压传感器、电流传感器；电压传感器、电流传感器的检测信号均送至控制单元；控制单元与晶闸管主机连接；晶闸管主机的输出端与输出接触器连接至电力变压器。其中，所述的晶闸管组，包括晶闸管和散热器。所述的阻容吸收电路，包括电阻、电容、电阻支架和电容支架。所述的均压电路，包括均压电阻及电阻支架。所述的触发电路，包括触发电路板、触发电源板。
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所述的控制单元，为晶闸管调压励磁涌流抑制装置的控制部分，包括主控板、主控电源板、信号板、操作界面。所述的电压传感器，用于测量电网电压的幅值、相位，为控制单元提供测量电压信号。所述的电流传感器，用于测量电力变压器电流，为控制单元提供测量电流信号。所述的输入接触器及输出接触器，用于本装置的接入和退出控制。所述的柜体，为本装置各部分设备的成套安装。本发明优点在于本发明不需要检测变压器铁心剩磁；不需要改变变压器绕组结构；变压器三相可以同步投入电网，符合供电部门的要求；可以完全消除励磁涌流，变压器并网过程没有任何冲击。
图I为斩波调压原理图；图2为本发明斩波调压励磁涌流抑制方法原理图。图3为本发明电力系统单线图。图4为本发明斩波调压励磁涌流抑制装置方框图。图5-1为本发明斩波调压励磁涌流抑制装置外部结构主视图。图5-2为本发明斩波调压励磁涌流抑制装置外部结构侧视图。图6-1为本发明斩波调压励磁涌流抑制装置内部结构主视图(无门)。图6-2为本发明斩波调压励磁涌流抑制装置内部结构侧视图(无壁板)。图6-3为本发明斩波调压励磁涌流抑制装置内部结构后视图(无壁板)。图7为本发明工作过程电压、电流波形图。图中标号为I—晶闸管主机；2—触发电路；3—控制单兀；4一输入接触器；5—输出接触器；6—电流传感器；7—电压传感器；8—光纤；QFl一输入断路器；QF2—芳路断路器；20-斩波调压装置；21_电网；22变压器；23_开关。
具体实施例方式下面结合附图及实施例，对本发明作进一步说明。如图I所示，在本发明中所应用的斩波调压的原理为调节导通角a，每周期的电压只有部分输出，输出电压的有效值就会低于输入电压有效值，起到了调节电压的作用。对应不同的导通角a，输出电压为
/2^)-sin 2q> + 2(n - a) + sin 2a
^=叫-^-·式中,Utl为电源电压有效值，U1为输出电压有效值。￠)为续流角；a—触发角；0 —导通角。采用斩波调压，输出电压可以在0 100%输入电压之间连续调节。如图2所示，将斩波调压装置20串联在电网21与变压器22之间；斩波调压装置20的输入电压为电网电压；斩波调压装置20的输出端连接变压器22 ;斩波调压装置20的输出电压就是变压器22的输入端电压。电压传感器7测量电网21电压的大小及相位；将电网电压信号送给斩波调压装置20中的控制器；控制器控制调压装置20从低到高逐渐升高变压器22的端电压；变压器22内部的磁场缓慢建立，就不会出现大的励磁涌流；随着电压的逐渐升高，变压器22的励磁电流逐渐增大；当变压器22的输入端电压与电网21电压同相位，并且电压值大小相差不超过5%时，用开关23将变压器22直接投入电网21，则斩波调压装置20停止工作，变压器22并网工作结束。实施例I :采用本发明方法具体实施时，可将晶闸管作为斩波调压元件，做成斩波调压装置。图3至图7为本发明应用于一台6kV/6300kVA变压器空载起动设备的实施例。图3为本发明电力系统单线图。即为本发明晶闸管励磁涌流抑制装置起动一台6kV/6300kVA变压器的一次原理图。图3至图7所示，本装置起动一台变压器的控制原理及过程如下(I)、根据变压器的参数，在本装置的操作界面上设置相关起动参数，设置变压器起动曲线及初始起动电压，起动曲线为慢斜坡上升的电压曲线，初始电压为10% 50%的额定电压；(2)、当变压器准备就绪后，由远程用户控制室或本地一本装置上的起动按钮发出起动命令，本装置的控制单元3控制用户输入断路器QFl合闸；(3)、本装置的控制单元3控制输出接触器5 (如附图3中K2)合闸，控制输入接触器4 (如附图3中Kl)合闸；(4)、本装置的电压传感器7、电流传感器6检测一次回路电压、电流；控制单元3根据电流、电压值，结合已经设置的起动曲线，开始控制晶闸管主机I的导通角，使输出电压(即变压器的输入电压)从设定的初始电压值开始，慢斜坡、平稳的上升，实现对变压器缓慢、平滑的充电，大大减少对变压器的冲击。由于初始电压值低，根据空载变压器合闸磁通与电压成正比的关系，降低电压就能减少磁通，从而达到降低励磁涌流的作用。(5)、当本装置的输出电压(即变压器的输入电压)达到额定电压值时，控制单元3控制用户旁路断路器QF2合闸，经过一段延时后，控制输出接触器5 (附图3中K2)分闸，控制输入接触器4 (附图3中Kl)分闸，最后控制用户输入断路器QFl分闸，此时变压器起动完成，由用户旁路断路器供电，本装置退出。如图4-图7所示，本发明晶闸管调压励磁涌流抑制装置，它包括晶闸管主机I、控制单元3、输入接触器4、输出接触器5、电流传感器6、电压传感器7、输入断路器QF1、旁路断路器QF2及柜体。晶闸管主机I通过输入接触器4、输出接触器5串联于电网21和电力变压器22之间；在晶闸管主机I和输入接触器4之间设有电压传感器7、电流传感器6 ；电压传感器7、电流传感器6的检测信号均送至控制单元3 ;控制单元3与晶闸管主机I连接；晶闸管主机I的输出端与输出接触器5连接至电力变压器22。其中，触发电路2，由触发电路板、触发电源板构成；
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控制单元3由主控板、主控电源板、信号板、操作界面构成；电压传感器7，用于测量电网电压的幅值、相位，为控制单元3提供测量电压信号；电流传感器6，用于测量电力变压器电流，为控制单元3提供测量电流信号；输入接触器4及输出接触器5、输入断路器QF1、旁路断路器QF2用于本装置的接入和退出控制。图7为本发明工作过程电压、电流波形图。图中A点时刻为输入断路器QF1、输入接触器4、输出接触器5闭合时刻；B点为本发明斩波调压励磁涌流抑制装置从起始电压开始斩波调压时刻；C点为输出100%额定电压时刻；D点为旁路断路器QF2闭合，斩波调压励磁涌流抑制装置退出工作时刻，此时变压器接入电网，斩波调压励磁涌流抑制装置完成工作。
权利要求
1.一种斩波调压励磁涌流抑制方法，其步骤是 将斩波调压装置串联在电网与变压器之间；斩波调压装置的输入电压为电网电压；输出端连接变压器；斩波调压装置的输出电压为变压器的输入端电压； 采用电压传感器测量电网电压的大小及相位；将电网电压信号送给斩波调压装置中的控制器；控制器控制斩波调压装置从低到高逐渐升高变压器的端电压；变压器内部的磁场缓慢建立，不会出现大的励磁涌流；随着电压的逐渐升高，变压器的励磁电流逐渐增大；当变压器的输入端电压与电网电压同相位，并且电压值大小相差不超过5%时，用开关将变压器直接投入电网，则斩波调压装置停止工作，变压器并网工作结束。
2.根据权利要求I所述的斩波调压励磁涌流抑制方法，其特征在于该方法采用如下元器件中的一种晶闸管、GTO、IGBT、IGCT，均可实现斩波调压。
3.一种斩波调压励磁涌流抑制装置，它包括晶闸管主机、控制单元、电压传感器、电流传感器、输入接触器、输出接触器及柜体，其特征在于所述的晶闸管主机，它包括晶闸管组、阻容吸收电路、均压电路、触发电路；晶闸管主机通过输入接触器、输出接触器串联于电网和电力变压器之间；在晶闸管主机和输入接触器之间设有电压传感器、电流传感器；电压传感器、电流传感器的检测信号均送至控制单元；控制单元与晶闸管主机连接；晶闸管主机的输出端与输出接触器连接至电力变压器。
4.根据权利要求3所述的斩波调压励磁涌流抑制装置，其特征在于所述的晶闸管组，包括晶闸管和散热器。
5.根据权利要求3所述的斩波调压励磁涌流抑制装置，其特征在于所述的阻容吸收电路，包括电阻、电容、电阻支架和电容支架；所述的均压电路，包括均压电阻及电阻支架。
6.根据权利要求3所述的斩波调压励磁涌流抑制装置，其特征在于所述的触发电路，包括触发电路板、触发电源板。
7.根据权利要求3所述的斩波调压励磁涌流抑制装置，其特征在于所述的控制单元，为晶闸管调压励磁涌流抑制装置的控制部分，包括主控板、主控电源板、信号板、操作界面。
8.根据权利要求3所述的斩波调压励磁涌流抑制装置，其特征在于所述的电压传感器，用于测量电网电压的幅值、相位，为控制单元提供测量电压信号。
9.根据权利要求3所述的斩波调压励磁涌流抑制装置，其特征在于所述的电流传感器，用于测量电力变压器电流，为控制单元提供测量电流信号。
全文摘要
本发明涉及一种斩波调压励磁涌流抑制装置及方法，它是将斩波调压装置串联在电网与变压器之间；斩波调压装置的输入电压为电网电压；输出端连接变压器；斩波调压装置的输出电压为变压器的输入端电压；采用电压传感器测量电网电压的大小及相位；将电网电压信号送给斩波调压装置中的控制器；控制器控制斩波调压装置从低到高逐渐升高变压器的端电压；变压器内部的磁场缓慢建立，不会出现大的励磁涌流；随着电压的逐渐升高，变压器的励磁电流逐渐增大；当变压器的输入端电压与电网电压同相位，并且电压值大小相差不超过5%时，用开关将变压器直接投入电网，则斩波调压装置停止工作，变压器并网工作结束。本发明完全消除励磁涌流，变压器并网过程无任何冲击。
文档编号H02J3/38GK102790405SQ201210269050
公开日2012年11月21日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者于胜涛, 孙卓, 祖军 申请人:能科节能技术股份有限公司