一种单相励磁涌流抑制装置制造方法
【专利摘要】一种单相励磁涌流抑制装置，包括直流电源(1)，电阻(2)，第一按压开关(3)和第二按压开关(4)，电容(6)，变压器(7)，负载(8)，交流电源(10)，继电器(9)，继电器驱动电路(15)，电压隔离采样器(11)，光电耦合器(12)，以及控制电路(13)；其中直流电源1为小功率电源；其中电压隔离采样器(11)对交流电源(10)输出的交流电信号进行采样，光电耦合器(12)将电压隔离采样器(11)所采集的电压信号变成正半周方波信号，其中定义上升沿为正半周过零信号，下降沿为负半周过零信号。
【专利说明】
一种单相励磁涌流抑制装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种抑制变压器励磁涌流的装置，属于电力电子器件领域。
【背景技术】
[0002]变压器是电力系统中的重要部件，它的安全性和稳定性对整个电力系统的运行至关重要。变压器全电压充电时在其绕组中产生的暂态电流。变压器投入前铁芯中的剩余磁通与变压器投入时工作电压产生的磁通方向相同时，其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量，因此产生极大的涌流，其中最大峰值可达到变压器额定电流的6-8倍。励磁涌流随变压器投入时系统电压的相角，变压器铁芯的剩余磁通和电源系统地阻抗等因素而变化，若没有剩磁，最大涌流出现在变压器投入时电压经过零点瞬间(该时磁通为峰值)。变压器涌流中含有直流分量和高次谐波分量，随时间衰减，其衰减时间取决于回路电阻和电抗，一般大容量变压器约为5-10秒，小容量变压器约为0.2秒左右。
[0003]当给变压器充电时，铁芯内产生交变磁通，这个交变磁通从零到最大叫做铁芯励磁，铁芯饱和就会产生过电流，我们把这一过程产生的电流叫做变压器励磁涌流，这个电流要高于变压器的额定电流，从变压器的机械力、电动力到保护整定都要为躲过励磁涌流整定。励磁涌流带来的的危害性包括:引发变压器的继电保护装置误动，使变压器的投运频频失败；变压器出现短路故障切除时所产生的电压突增，诱发变压器保护误动，使变压器各侧负荷全部停电；电站一台变压器空载接入电源产生的励磁涌流，诱发邻近其他电站等正在运行的变压器产生“和应涌流”(sympathetic inrush)而误跳闸，造成大面积停电；数值很大的励磁涌流会导致变压器及断路器因电动力过大受损；诱发操作过电压，损坏电气设备；励磁涌流中的直流分量导致电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率；励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染。造成电网电压骤升或骤降，影响其他电气设备正常工作。
[0004]图1示出了现有技术中的包含变压器的供电网络，其中A表示市电电源，B表示断路器，C表示变压器，D表示负载。这种供电网络在开始上电时，会出现变压器磁芯饱和现象，会导致变压器的初级流过很大的励磁涌流，这样会导致断路器脱开，而且会导致合闸处的机械开关打火，所以，经过会有多次合闸脱开现象，这样会给电路元器件带来损害，为了解决该问题，已有的技术提出了一种跟踪电压相位从正弦波90度角度处合闸消除励磁涌流，但是，该技术还存在着一定缺陷，具体为:若不知道上次断电的时刻，就会无法确定变压器中磁场的剩磁方向，无法判断从哪个角度合闸最合适。并且这种情况下，从90度角度合闸也可能产生励磁涌流。
实用新型内容
[0005]本实用新型针对上面的问题，提出了一种新的抑制变压器励磁涌流的装置，其无需判断上次断电时的相位角度，采用一种简单的电容放电装置，将变压器磁场偏离到一个方向饱和，从而人为给定剩磁方向，然后再选择过零点后l-3ms触发继电器就可以消除励磁涌流。
[0006]本实用新型提供了一种单相励磁涌流抑制装置，包括直流电源(1)，电阻(2)，第一按压开关⑶和第二按压开关(4)，电容(6)，变压器(7)，负载(8)，交流电源(10)，继电器(9)，继电器驱动电路(15)，电压隔离采样器(11)，光电耦合器(12)，以及控制电路(13)；其特征在于:直流电源(1)的两个输出端中的一个连接电阻(2)的一端，电阻(2)的另外一端连接第一按压开关(3)的一端，第一按压开关(3)的另外一端分别连接至电容￠)的一端和第二按压开关(4)的一端，变压器(7)的初级线圈的一端分别连接至第二按压开关(4)另外一端和继电器(9)的两个开关端中的一端，变压器(7)的初级线圈的另外一端分别连接至直流电源(1)的两个输出端中的另外一个、电容(6)的另外一端以及交流电源(10)的一端，变压器(7)的次级线圈的两个输出端连接负载(8)，继电器(9)的两个开关端中的另一端连接至交流电源(10)的另一端，同时，交流电源(10)的两个输出端还连接至电压隔离采样器(11)的两个输入端，电压隔离采样器(11)的两个输出端连接至光电耦合器(12)的两个输入端，光电耦合器(12)的输出端连接控制电路(13)，控制电路(13)的输出端通过继电器驱动电路(15)连接至继电器(9)的控制端，其中直流电源1为小功率电源；其中电压隔离采样器(11)对交流电源(10)输出的交流电信号进行采样，光电耦合器(12)将电压隔离采样器(11)所采集的电压信号变成正半周方波信号，其中定义上升沿为正半周过零信号，下降沿为负半周过零信号，控制电路(13)采集方波信号，选择负半周过零点后l-3ms后通过继电器驱动电路(15)触发继电器的控制端，交流电源(10)即可连接到变压器(7)上。
[0007]根据本实用新型的一实施例，所述的直流电源⑴的功率小于等于10W。
[0008]根据本实用新型的另外一实施例，所述光电耦合器(12)的工作电流是通过集电极连接电源电压正极，发射极通过第二电阻(14)接地来实现的。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为现有技术中的包括有变压器的配电网络示意图；
[0010]图2为本实用新型的单相励磁涌流抑制装置的结构示意图；
[0011]图3示出了本实用新型的光电耦合器所采集的正半周的方波信号；
【具体实施方式】
[0012]以下在结合附图的基础上对于本实用新型的内容进行更加详细的描述。
[0013]图1以示意图的形式示意了现有技术中的包括有变压器的供电网络，其中包括市电电源A，市电电源A通过导线与变压器C的初级线圈连接，在市电电源A与变压器C之间设置有断路器B，用于在意外出现时对于供电网络进行保护，负载D通过导线与变压器C的次级线圈连接。对于这样的供电网络，正如【背景技术】中提到的，这种供电网络在开始上电时，会出现变压器磁芯饱和现象，会导致变压器的初级流过很大的励磁涌流，这样会导致断路器脱开，而且会导致合闸处的机械开关打火，所以，经过会有多次合闸脱开现象，这样会给电路元器件带来损害，为了解决该问题，已有的技术提出了一种跟踪电压相位从正弦波90度角度处合闸消除励磁涌流，但是，该技术还存在着一定缺陷，具体为:若不知道上次断电的时刻，就会无法确定变压器中磁场的剩磁方向，无法判断从哪个角度合闸最合适。并且这种情况下，从90度角度合闸也可能产生励磁涌流。为了解决这些技术问题，本实用新型特提出了一种新型的抑制变压器励磁涌流的装置，下面在结合图2和图3的基础上对本实用性的实施例进行详细的说明。
[0014]如图2所示，本实用新型的单相励磁涌流抑制装置包括一个直流电源1，两个电阻2和14，两个按压开关3和4，一个电容6，一个变压器7，一个负载8，一个交流电源10，一个继电器9，一个继电器驱动电路15，一个电压隔离采样器11，一个光电耦合器12，以及一个控制电路13 ;其中直流电源1的两个输出端中的一个连接第一电阻2的一端，第一电阻2的另外一端连接第一按压开关3的一端，第一按压开关3的另外一端分别连接至电容6的一端和第二按压开关4的一端，变压器7的初级线圈的一端分别连接至第二按压开关4的另外一端和继电器9的两个开关端中的一端，变压器7的初级线圈的另外一端分别连接至直流电源1的两个输出端中的另外一个、电容6的另外一端以及交流电源10的一端，变压器7的次级线圈的两个输出端连接负载8，继电器的两个开关端中的另一端连接至交流电源10的另一端，同时，交流电源10的两个输出端连接至电压隔离采样器11的两个输入端，电压隔离采样器11的两个输出端连接至光电耦合器12的两个输入端，光电耦合器的输出端连接控制电路13，控制电路13的输出端通过继电器驱动电路15连接至继电器9的控制端，其中直流电源1为小功率电源，其功率小于10W，其中光电耦合器12工作电流是通过集电极连接电源电压正极，发射极通过第二电阻14接地来实现的，这属于本领域公知的技术，在此不再进行赘述。
[0015]下面来详细说明本实用新型励磁涌流抑制装置的工作原理和过程。工作时，首先闭合按压开关3，直流电源1通过电阻2给电容6充电，充电结束后断开按压开关3，然后闭合按压开关4，电容6向变压器7的初级放电，电容6储存的电量足以令变压器7饱和，由于直流电源1为小功率电源，10w以内小功率电源，简单方便。按压开关3断开，闭合按压开关4，电容6向变压器放电的过程仅是一个电容放电的过程，能量很小，安全可靠，变压器7饱和以后断开按压开关4，剩磁即为已知，这时就可以选择市电电压(也即交流电源10)闭合的相位角，从负半周过零点后l-3ms开始，此时由电压隔离采样器11所采集的市电电压信号经过光电耦合器12变成正半周方波信号，其中定义上升沿为正半周过零信号，下降沿为负半周过零信号，控制电路13采集方波信号，选择负半周过零点后l-3ms通过继电器驱动电路15触发继电器的控制端，市电即可接到变压器7上。市电接入时，变压器是退出饱和的过程，不会产生励磁涌流。其中将所采集的市电电压信号变为正半周的方波信号如图3所示，也即只保留市电正弦波的正半周信号，并将其变为方波信号。
[0016]以上关于本是实用新型的说明均是以特定的实施例来说明的，但是这并不能作为对本实用新型保护范围的限定，本领域技术人员可预知的合理变形均在本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种单相励磁涌流抑制装置，包括直流电源(1)，电阻(2)，第一按压开关(3)和第二按压开关(4)，电容(6)，变压器(7)，负载(8)，交流电源(10)，继电器(9)，继电器驱动电路(15)，电压隔离采样器(11)，光电耦合器(12)，以及控制电路(13);其特征在于:直流电源(1)的两个输出端中的一个连接电阻(2)的一端，电阻(2)的另外一端连接第一按压开关(3)的一端，第一按压开关(3)的另外一端分别连接至电容(6)的一端和第二按压开关(4)的一端，变压器(7)的初级线圈的一端分别连接至第二按压开关(4)另外一端和继电器(9)的两个开关端中的一端，变压器(7)的初级线圈的另外一端分别连接至直流电源(1)的两个输出端中的另外一个、电容(6)的另外一端以及交流电源(10)的一端，变压器(7)的次级线圈的两个输出端连接负载(8)，继电器(9)的两个开关端中的另一端连接至交流电源(10)的另一端，同时，交流电源(10)的两个输出端还连接至电压隔离采样器(11)的两个输入端，电压隔离采样器(11)的两个输出端连接至光电耦合器(12)的两个输入端，光电耦合器(12)的输出端连接控制电路(13)，控制电路(13)的输出端通过继电器驱动电路(15)连接至继电器(9)的控制端，其中直流电源1为小功率电源；其中电压隔离采样器(11)对交流电源(10)输出的交流电信号进行采样，光电耦合器(12)将电压隔离采样器(11)所采集的电压信号变成正半周方波信号，其中定义上升沿为正半周过零信号，下降沿为负半周过零信号，控制电路(13)采集方波信号，选择负半周过零点后l-3ms后通过继电器驱动电路(15)触发继电器的控制端，交流电源(10)即可连接到变压器(7)上。
2.根据权利要求1的单相励磁涌流抑制装置，其特征在于:所述的直流电源(1)的功率小于等于10W。
3.根据权利要求1的单相励磁涌流抑制装置，其特征在于:所述光电耦合器(12)的工作电流是通过集电极连接电源电压正极，发射极通过第二电阻(14)接地来实现的。
【文档编号】H02H9/02GK204167890SQ201420652285
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】邵麟, 崔保艳, 章勇, 郑刚, 许灵, 唐桂花 申请人:国家电网公司, 国网安徽省电力公司合肥供电公司, 国网安徽省电力公司电力科学研究院