一种电压补偿型变压器励磁涌流抑制装置的制作方法

本发明涉及电力系统领域，尤其是涉及一种电压补偿型变压器励磁涌流抑制装置。

背景技术：

电力变压器作为输变电关键主设备，其可靠稳定的运行对电能的有效的传输至关重要。稳态运行时，变压器的励磁电流只有额定电流的1％～2％，但当变压器在空载投入或外部故障切除系统电压恢复的过程中，易产生很大的励磁涌流，其峰值可达额定电流的几倍至几十倍。较大的励磁涌流可能会引起差动保护误动作，使变压器的绝缘老化，并会给变压器自身的结构和其临近的设备带来极大的冲击，影响变压器可靠、稳定运行。

由于励磁涌流给变压器的运行带来了种种不利的影响，因此提出了多种削减励磁涌流的方法，总体来看，可分为两大类：内部控制法，即从变压器铁心的励磁原理出发，通过改变变压器的内部结构以达到削减励磁涌流的目的；外部控制法，即在变压器外部采取抑制电路或控制方法以削减励磁涌流。目前，内部控制法有虚拟气隙法和改变变压器原、副边绕组的分布法等，但由于要改变变压器内部结构，且增加了变压器设计和制造难度，一般不采用此类方法。外部控制方法有在变压器的低压侧加装电容器法、开关合闸控制法、内插电阻法和串接电阻法。低压侧加装电容器法、串接电阻法和内插电阻法都需要在电路中增加额外的开关和控制系统，保证励磁涌流被抑制后抑制装置及时退出；开关合闸控制法则需要增加检测与控制电路，且控制复杂，精确度难以掌握。

因此，需要一种对系统稳定运行无影响，不需要增加开关与检测控制电路的励磁涌流抑制装置，保证变压器稳定、可靠地运行。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电压补偿型变压器励磁涌流抑制装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电压补偿型变压器励磁涌流抑制装置，用以抑制励磁涌流，该装置包括交流电源v1、等效直流补偿电压源vc、第一桥式全波整流器b1以及直流电抗器l1，所述的第一桥式全波整流器b1的第一输入端与交流电源v1连接，第二输入端与主变压器t2的一次侧连接，所述的等效直流补偿电压源vc以交流电源v1作为输入，与直流电抗器l1串联后并联在第一桥式全波整流器b1的第一输出端和第二输出端之间。

所述的等效直流补偿电压源vc由隔离变压器t1和第二全波桥式整流器b2组成，所述的隔离变压器t1一次侧一端与交流电源v1连接，另一端接地，二次侧作为第二全波桥式整流器b2的输入，所述的第二全波桥式整流器b2的第一输出端通过直流电抗器l1第一桥式全波整流器b1的第一输出端连接，第二全波桥式整流器b2的第二输出端与第一桥式全波整流器b1的第二输出端连接。

所述的第一桥式全波整流器b1由4个二极管d1、d2、d3、d4组成，所述的第二全波桥式整流器b2由4个二极管d5、d6、d7、d8组成。

当变压器在空载投入或外部故障切除后系统电压恢复的过程中时，变压器铁芯逐渐趋向饱和状态，线路电流迅速上升，第一桥式全波整流器b1中的二极管d1、d4导通，线路电流流过直流电抗器l1，励磁电流被抑制，此时的运行状态为限流状态；

当励磁涌流被抑制，直流电抗器l1开始释放在限流状态储存的能量，其电压反向，二极管d1、d2、d3、d4全部导通，抑制装置电路续流，其两端电压接近于0，处于短接状态，主变压器t2与交流电源v1直接相连，此时的行状态为续流状态；

当直流电抗器l1储存能量耗尽，对变压器充电完成，电路进入稳定状态，二极管d1、d2、d3、d4始终保持导通，抑制装置处于短路状态，主变压器t2直接与交流电源v1连接，不影响负载端电压和电流。

在稳定状态时，等效直流补偿电压源vc用以补偿由于第一桥式全波整流器b1前向导通电压和直流电抗器l1的线圈电阻r1造成的电压降，隔离变压器t1的变比n取值取决于电压降的幅值。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、变压器空载投入时抑制装置通过二极管的自动导通将直流电抗器l1接入系统中抑制励磁涌流的产生，稳态运行时，抑制装置被视作短路，对系统运行无任何影响。

二、实际运行时不需要增加任何额外的控制和检测电路。

三、直流补偿电压源可以补偿由于桥式整流二极管前向导通电压和直流电抗器的线圈电阻造成的电压损失。

四、结构简单，可靠性高。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明工作于限流状态的等效示意图。

图3是本发明工作于于续流状态的等效示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本发明提供一种电压补偿型变压器励磁涌流抑制装置，具体为：

该装置串联于主变压器t2一次侧与交流电源v1之间，由直流电抗器l1、第一桥式全波整流器b1、隔离变压器t1和第二桥式全波整流器b2组成，二极管d1、d2、d3、d4构成第一桥式全波整流器b1，二极管d5、d6、d7、d8构成第二桥式全波整流器b2，隔离变压器t1和第二桥式全波整流器b2构成等效直流补偿电压源vc，产生补偿电压，直流电抗器l1与等效直流补偿电源vc串联后，与第一桥式全波整流器b1并联。

结合图1、图2和图3，本发明的工作原理是：

当开关k1合闸，主变压器t2空载投入，变压器铁芯逐渐趋向饱和状态，线路电流i迅速上升，第一桥式全波整流器b1的一对二极管d1、d4导通，二极管d1、直流电抗器l1、电抗器线圈电阻r1、等效直流补偿电压源vc、二极管d4依次串联，线路电流流过直流电抗器l1，主变压器t2产生的励磁电流被直流电抗器l1抑制，此运行状态称为限流状态，等效电路如图2所示。

当励磁涌流被抑制，直流电抗器l1开始释放它在限流状态所储存的能量，此时二极管d1、d2、d3、d4全部同时被导通，抑制涌流电路续流，该抑制装置两端的电压接近为零，可视作短路，变压器直接与电压源相连，此运行状态称为续流状态，等效电路如图3所示。在此阶段，线路电流i通过导通的二极管流过变压器，自动绕开直流电抗器l1，直流电抗器l1释放储存的能量，且电压反向。

当l1储存能量耗尽，对变压器充电完成，电路进入稳定状态，直流补偿电压源可以补偿由于桥式整流二极管前向导通电压和直流电抗器的线圈电阻造成的电压下降，二极管d1-d4始终保持导通状态，等效电路图与续流状态相同。此阶段抑制装置视作短路，主变压器t2直接与电源连接。稳定状态时负载侧电压和电流波形不受抑制装置影响。

稳定状态时，直流补偿电压源vc补偿由于桥式整流二极管前向导通电压和直流电抗器的线圈电阻r1造成的电压降，隔离变压器变比n的取值取决于电压降的幅值。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种电压补偿型变压器励磁涌流抑制装置，用以抑制励磁涌流，该装置包括交流电源V1、等效直流补偿电压源Vc、第一桥式全波整流器B1以及直流电抗器L1，所述的第一桥式全波整流器B1的第一输入端与交流电源V1连接，第二输入端与主变压器T2的一次侧连接，所述的等效直流补偿电压源Vc以交流电源V1作为输入，与直流电抗器L1串联后并联在第一桥式全波整流器B1的第一输出端和第二输出端之间。与现有技术相比，本发明具有对系统无影响、无需额外控检电路、电压损失补偿、结构简单，可靠性高等优点。

技术研发人员：赵元哲;孙彦;任林杰;林国斌;晁睿杰
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：2019.01.08
技术公布日：2019.04.09