从三角形绕组侧合闸的三相组式变压器励磁涌流抑制方法与流程

本发明属于变压器励磁涌流抑制技术领域，涉及一种从三角形绕组侧合闸的三相组式变压器励磁涌流抑制方法。

背景技术：

电力变压器是电力系统的核心设备之一,其正常工作与否直接关系到电力系统能否连续稳定地运行,变压器由于故障造成损坏后其检修难度大、检修周期长，不但会影响电力系统的正常运行,甚至会造成不可估量的经济损失和社会影响。变压器在空载投入时或外部故障切除后电压恢复时,由于铁芯磁通不能突变，由于电压突变而产生的暂态磁通可能导致铁芯发生饱和，将会在变压器电压突变的一侧产生数值很大的电流,该电流被称为励磁涌流。

变压器正常工作时励磁电流很小，而励磁涌流的幅值可能达到额定电流的6～8倍，一方面可能造成继电保护误动作使变压器投运失败,另一方面可能使绕组变形影响变压器使用寿命；同时励磁涌流中含有的大量谐波分量将会污染电网,恶化电能质量；对于并列运行或者上级变压器，励磁涌流可能诱发和应涌流,干扰邻近运行变压器,导致变压器及断路器因电动力过大受损,诱发操作过电压、损坏电器设备等后果。因此必须采取措施抑制变压器的励磁涌流,从而减少励磁涌流带来的种种破坏性后果。

目前抑制变压器励磁涌流的方法主要分为以下两类：1)从内部进行控制。即从变压器铁芯的励磁原理出发,通过改变变压器的内部结构以达到削减励磁涌流的目的,例如改变变压器原、副边绕组的分布法等。但该类方法但由于需要改变变压器的结构,这将会带来其它的问题,如是否会使变压器的绝缘变坏或影响变压器的稳态运行等等,使其发展具有一定的局限性。2)从外部进行控制。即在变压器外部采取一些补救措施以削减励磁涌流,例如串联电阻法、低压侧加装电容器法、软启动法和选相合闸技术等。其中前两种方法需要投入附加设备，增加了运行维护成本，第三种方法存在参数整定及控制问题，励磁涌流抑制效果欠佳。

选相合闸技术是随着开关技术的发展而提出的一种新型电力设备的关合手段,也是有效抑制电力系统操作过电压和涌流以及全面提高电能质量的关键技术。选相合闸技术抑制励磁涌流的原理是控制断路器动静触头在系统电压或电流波形的指定相位角时刻进行开关关合,使合闸时刻的铁芯剩磁与由系统电压决定的预感应磁通相同，从而削弱励磁涌流。该法从励磁涌流产生的根本原因一一铁芯磁通过饱和的角度入手,理论上可以完全消除励磁涌流。作为新型主流研究方向,该方法对提高电力系统运行稳定性和经济性意义深远,且应用前景广阔。

将该法应用于抑制变压器空载合闸励磁涌流的关键在于选择最佳的合闸相位角，即包括对变压器铁芯剩磁信息的掌握及相间合闸顺序的配合。对于原边绕组为三角形接线的三相组式变压器来说，断路器分闸后三相电流不同期熄弧。首断相电流过零熄弧后，受到三角形绕组的作用，三相铁芯磁通进一步变化。由于原边绕组为三角形接线，首相熄弧断开后，剩余两相电流等大反向，同时过零熄弧，剩磁由绕组外加电压决定(忽略线圈电阻和漏磁通)而不再进一步变化，因此通过监测分闸期间末两相熄弧电压即可掌握其剩磁信息，据此确定最佳合闸相角。本发明充分考虑断路器的熄弧特性、变压器铁芯结构及绕组联结方式等因素的影响，给出了一种针对从三角形绕组侧合闸的三相组式变压器选相合闸方法，该方法可以很好的抑制变压器空载合闸产生的励磁涌流。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种针对从三角形绕组侧合闸的三相组式变压器空投励磁涌流抑制方法，该方法只需采样合闸侧绕组为三角形接法的三相组式变压器运行时三相电压电流波形以获得三相电流熄弧顺序及电压熄弧相角信息，据此确定合闸顺序及合闸电压相角，即可抑制空载合闸励磁涌流，相关参数易获取，可以方便的用于实际工程中。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种从三角形绕组侧合闸的三相组式变压器励磁涌流抑制方法，包括如下步骤：

步骤1：原边绕组为三角形接线的三相组式变压器分闸期间，信号采集装置通过互感器对三相电压电流波形进行采样并记录；

步骤2：根据步骤1采样获得的三相电流波形，确定三相熄弧顺序以及熄弧时间；其中包括首断相以及同时熄弧的末两相，所述首断相是指首先断开的相，即当某相的电流首先降为零并保持不变，则该相为首断相，所述末两相是指首相断开后同时断开的两相；

步骤3：根据步骤2所得的末两相电流熄弧时刻td，结合步骤1采样获得的三相电压波形，记录末两相熄弧电压相角所述以首断相相电压正向过零点为参考点，即当首端相于电压正向过零点熄弧时，

步骤4：收到合闸信号后首先同时对末两相合闸，合闸电压相角为延时2～3周波后对首断相合闸，合闸电压相角为βh2＝90°或βh2＝270°，所述合闸相角均以首断相电压正向过零点为参考点。

所述步骤2中的确定三相熄弧顺序以及熄弧时间包括以下步骤：

步骤1：确定首断相；

首断相即为首先断开的一相，根据断路器过零点熄弧顺序，当某相的电流首先降为零并保持不变即为首断相；

步骤2：确定末两相熄弧时刻td；

三相组式变压器原边为三角形接法，首断相熄弧后剩余两相互为回路，电流大小相等方向相反，故其电流同时过零，熄弧时刻相同，根据电流录波波形获取末两相熄弧时刻td。

所述步骤3中的确定末两相熄弧电压相角包括以下步骤：

步骤1：根据电压录波波形确定首断相电压正向过零点时刻t0；

步骤2：以t0时刻为参考点，计算末两相熄弧电压相角为

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1、相关参数易获取。即该励磁涌流抑制方法所有参数均可通过直接测量获得。

2.相比于传统选相关合抑制yd11型三相组式变压器空投励磁涌流方法，充分考虑了铁芯剩磁的影响，励磁涌流抑制效果更好。

附图说明

图1为原边为三角形接线的三相组式变压器连接组示意图。

图2为本发明方法的整体方案图。

图3为首断相合闸后三相铁芯动态磁通图。

图4为仿真模型图。

图5为仿真得到的分闸电流波形图。

图6为仿真得到的分闸电压波形图。

图7为仿真得到的合闸电压波形图。

图8为仿真得到的合闸电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的说明：

如图1所示为原边为三角形接线的三相组式变压器连接组示意图，正常运行时原边对称且相位互差120°。由于断路器分闸后电流过零点熄弧特性，三相电流不同期熄弧。由于原边为三角形接线，首相电流熄弧后(首断相)，剩余两相电流等大反向，同时过零熄弧，称为末两相。为了说明方便，假设b相为首断相。

b相电流熄弧后，a、c相原边电压仍为系统电压ua和uc(忽略系统阻抗及原边漏抗)，此时绕组c-z和绕组b-y串联运行，同时与绕组a-x反并联运行，承受压降为线电压ua-c＝ua-uc，则此时三相铁芯磁通同为动态磁通，直至a、c相电流同时熄弧，三相铁芯磁通保持不变即为剩磁。

设b相电源电压为

ub(t)＝umsin(ωt+α)(1)

其中，um是原边绕组电压峰值，ω为电压角频率，α为电源电压初相角，可定义某时刻的电压相角为

三相电压对称，相位互差120°，则a、c相电压分别为

b相电流熄弧后，对原边绕组列回路电压方程为：

其中：r是变压器一次回路等效电阻，i是变压器一次回路电流，n1是原边绕组匝数，φa-x、φa-x、φc-z分别是绕组a-x、b-y、c-z所匝链铁芯磁通；由于变压器一次回路等效电阻r很小，常可忽略不计，则有

结合式(3)化简得：

两边积分得：

图2为本发明方法的整体方案图,图中：xl表示线路阻抗，tv表示电压互感器，ta表示电流互感器，qf表示三相断路器。对三相断路器qf进行分闸操作，信号采集装置通过ta及tv采集三相电压电流波形。通过电流互感器ta和电压互感器tv采集原边为三角形接线的三相组式变压器分闸期间原边绕组电压电流信息，该变压器在三相对称系统中正常运行时原边三相电流大小相等，相位互差120°，由于各相断路器在电流过零时自然分断，故三相分闸时刻非同期。假设熄弧顺序为b-a(c)，a、c相电压熄弧电压相角为结合式(2)和式(7)可知其三相铁芯剩磁为

据此即可确定从三角形绕组侧合闸的三相组式变压器的合闸顺序及最佳合闸相角。

由于原边绕组为三角形接线，若对其中一相合闸则无电流回路，故首先对其中两相进行合闸。本发明首先对末熄弧两相(a、c)进行同时合闸，合闸回路方程同式(4)所示，则由电源电压决定的a、c相铁芯预感应磁通为：

为了使合闸瞬间铁芯磁通直接进入稳态运行，则要求控制该时刻铁芯剩磁与预感应磁通相同，即

其中，t1为a、c最佳合闸时间；

结合式(9)与式(10)有

即有

故选择a、c相熄弧电压相角为其合闸相角即可。

如图3所示，在a、c相合闸后进入稳态运行前，由于铁芯b-y，c-z剩磁不同，其等效励磁电感存在差异，因此绕组分压不同，其动态磁通存在差异。a、c相合闸2～3周波进入稳态运行后，由于组式变压器三相磁路的对称性，b-y，c-z绕组分压相同，有

其中，ub-y和uc-z分别为b-y，c-z绕组压降；

由于铁芯磁通为绕组电压积分，则铁芯b-y，c-z动态磁通有

对b相合闸后的原边绕组列回路电压方程(忽略回路电阻r)有

同样，结合式(15)对方程两边积分，则可知b-y，c-z绕组预感应磁通为

令φ'b-y(t2)＝φb-y(t),φ'c-z(t2)＝φc-z(t)，结合式(1)和式(3)可得

则可得b相最佳合闸相角为

βb＝90°或βb＝270°(18)

由于三相系统具有对称性，故a、c相为首断相时，首断相及另两相磁通变化规律与上述情况相同，因此合闸顺序及合闸电压相角选择均遵循上述原则。

实施例

图4为搭建的仿真模型，本仿真模型中变压器为三相双绕组变压器组，额定电压为345/289kv，额定容量为1209mva，额定空载电流约为2a。通过图4中i、v采集变压器原边绕组电流和电压波形,控制开关在电压波形的不同相角处开断，观测原边绕组电流波形。

仿真得到的分闸电流电压波形分别如图5和图6所示，由图5可知三相电流熄弧顺序为b-a(c)，对照图6可知a(c)相熄弧电压相角为

故可确定该变压器三相合闸顺序为a(c)-b，分别带入公式(12)和(18)可得a、c相最佳合闸电压相角为βh＝291.6°，b相最佳合闸电压相角为βb＝90°或βb＝270°。依照上述合闸相角合闸时的电压电流波形分别如图7和图8所示，可以看出合闸期间三相电流幅值均接近稳态空载电流，励磁涌流被有效抑制。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。