一种三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法及装置

1.本发明属于变压器励磁涌流抑制技术领域，更具体地，涉及一种三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法及装置。


背景技术：

2.电力变压器是极其重要和昂贵的电力设备。当对电力变压器进行合闸操作时，由于铁磁材料的饱和特性，在变压器的绕组中，大概率会产生励磁涌流。现场经验证明，励磁涌流的幅值可能达到额定电流的数倍，甚至十倍以上。励磁涌流会引起差动保护误动，导致变压器合闸失败，也会对变压器造成冲击，缩短变压器的寿命，同时也对周边在运行设备造成不利影响，如导致直流换流设备换相失败等。
3.可靠地抑制励磁涌流对电力系统的安全可靠运行具有十分重要的意义。抑制励磁涌流的关键在于保证变压器铁芯磁通不发生饱和。现有的励磁涌流抑制方法为相控合闸法，通过控制断路器在合适的电气角度合闸，使预感应磁通等于变压器铁芯剩磁，避免磁通饱和。然而该技术在现场使用时受到如铁芯剩磁无法测量，大量变压器未安装电压互感器，无法有效判断变压器分闸等诸多约束限制，使得现有的涌流抑制效果不尽理想。申请号为202011628412.1的中国专利公开了一种三相变压器消磁后空载合闸励磁涌流的抑制方法及系统，针对经过消磁后的变压器，控制三相联动断路器按照预设的角度合闸，达到抑制三相励磁涌流的目的。然而，该方法仅适用于三相变压器消磁后即无剩磁状态的合闸涌流抑制，应用场景受限。


技术实现要素：

4.针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法及装置，由此解决现有的励磁涌流抑制方法涌流抑制效果不佳的技术问题。
5.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法，包括：
6.s1，根据三相变压器的分闸时刻t
fj
确定分闸角
7.s2，根据所述分闸角按照确定合闸角其中，
‑
16
°
<c<70
°
；
8.s3，在接收到外部合闸指令后，经过延时t
ys
，发出合闸信号，以控制断路器在合闸角处合闸。
9.优选地，所述分闸角的计算公式为：
[0010][0011]
其中，t
fj
为三相变压器的分闸时刻；t
01
为母线任一相电压在t
fj
前出现的第一个由
负变正过零点时刻；k为单位时间对应的角度。
[0012]
优选地，所述三相变压器的分闸时刻t
fj
采用以下方法确定：
[0013]
持续监测三相变压器空投侧三相电流采样值，当三相电流采样值低于整定门槛值时，以当前时刻为三相变压器的分闸时刻t
fj
。
[0014]
优选地，所述持续监测三相变压器空投侧三相电流采样值，当三相电流采样值低于整定门槛值时，以当前时刻为三相变压器的分闸时刻t
fj
，具体为：
[0015]
持续监测三相变压器空投侧三相电流采样值，当连续半周的采样值满足i
a
<i
set1
且3i0<i
set2
时，确定三相变压器已分闸，取半周前的时刻为分闸时刻t
fj
；其中，i
a
为三相变压器的a相电流采样值，3i0为零序电流，3i0＝i
a
+i
b
+i
c
，i
b
、i
c
分别为三相变压器的b相、c相电流采样值。
[0016]
优选地，所述延时t
ys
的计算公式为：
[0017]
t
ys
＝(n
min
×
t+t
hj
)
‑
(t
kzhl
+t
dlq
)；
[0018]
其中，t是工频周期，t
hj
是合闸角换算成的时间：t
kzhl
是控制回路固有延时；t
dlq
是断路器动作时间；
[0019]
优选地，发出合闸信号后，经过控制回路固有延时t
kzhl
，断路器收到所述合闸信号，并在合闸角处合闸。
[0020]
按照本发明的另一方面，提供了一种三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制装置，包括：
[0021]
分闸角确定模块，根据三相变压器的分闸时刻t
fj
确定分闸角
[0022]
合闸确定模块，根据所述分闸角按照确定合闸角其中，
‑
16
°
<c<70
°
；
[0023]
控制模块，在接收到外部合闸指令后，经过延时t
ys
，发出合闸信号，以控制断路器在合闸角处合闸。
[0024]
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
[0025]
1、本发明提供的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法，在三相变压器随机分闸后，通过控制断路器在指定合闸角处合闸，实现励磁涌流的抑制效果；不论是消磁场景和非消磁场景，均能进行应用，具有应用范围广、工程可行性强等优点。
[0026]
2、本发明提供的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法，使用电流采样值判断分闸时刻以确定计算分闸角的方法，具备分闸角计算准确的优点，且不要求变压器侧安装电压互感器，具备更好的工程可行性和经济性。
[0027]
3、本发明提供的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法，提出具备三相涌流抑制效果的分闸角
‑
合闸角关系，合闸角由分闸角确定：其中c的取值范围是：
‑
16
°
<c<70
°
，实际应用时根据断路器合闸时刻的随机偏离程度适度调整；相对于某种固定的合闸角度，具有无需依赖变压器消磁、适应变压器任意分闸工况等优点；允许控
制回路固有延时t
kzhl
和断路器合闸时间t
dlq
之和有
±
2ms的误差，涌流抑制效果更明显，更稳定。
[0028]
4、本发明提供的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法，不要求三相断路器具备分相操作的能力，工程可行性更高。
附图说明
[0029]
图1为本发明提供的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法流程示意图之一；
[0030]
图2为本发明提供的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法中合闸角与三相涌流的关系示意图；
[0031]
图3为本发明提供的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法流程示意图之二；
[0032]
图4为本发明提供的合闸脉冲延时计算示意图流程示意图；
[0033]
图5为本发明提供的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制装置接线图。
具体实施方式
[0034]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0035]
本发明实施例提供一种三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法，如图1所示，包括：
[0036]
s1，根据三相变压器的分闸时刻t
fj
确定分闸角
[0037]
进一步地，所述分闸角的计算公式为：
[0038][0039]
其中，t
fj
为三相变压器的分闸时刻；t
01
为母线任一相电压在t
fj
前出现的第一个由负变正过零点时刻；k为单位时间对应的角度。
[0040]
进一步地，所述三相变压器的分闸时刻t
fj
采用以下方法确定：
[0041]
持续监测三相变压器空投侧三相电流采样值，当三相电流采样值低于整定门槛值时，以当前时刻为三相变压器的分闸时刻t
fj
。
[0042]
进一步地，所述持续监测三相变压器空投侧三相电流采样值，当三相电流采样值低于整定门槛值时，以当前时刻为三相变压器的分闸时刻t
fj
，具体为：
[0043]
持续监测三相变压器空投侧三相电流采样值，当连续半周的采样值满足i
a
<i
set1
且3i0<i
set2
时，确定三相变压器已分闸，取半周前的时刻为分闸时刻t
fj
；其中，i
a
为三相变压器的a相电流采样值，3i0＝i
a
+i
b
+i
c
，i
b
、i
c
分别为三相变压器的b相、c相电流采样值。
[0044]
具体地，步骤s1即为由变压器分闸时的电流采样值计算分闸角，包括：
[0045]
s11，持续监测来自测量电流互感器的变压器空投侧三相电流采样值；
[0046]
s12，当三相电流采样值低于整定门槛值时，以当前时刻为变压器的分闸时刻t
fj
；
[0047]
s13，任取母线某相电压为参考电压，以a相电压u
a
为例，记u
a
在t
fj
前出现的第一个
由负变正过零点时刻为t
01
，如公式(1)所示，计算分闸角其中，k是单位时间对应的角度；优选地，k＝18
°
/ms。
[0048]
s2，根据所述分闸角按照确定合闸角其中，
‑
16
°
<c<70
°
。
[0049]
具体地，步骤s2具体包括：
[0050]
如公式(2)所示，由分闸角计算合闸角
[0051][0052]
其中，c的取值范围是：
‑
16
°
<c<70
°
。实际应用时根据断路器合闸时刻的随机偏离程度适度调整。
[0053]
上述公式(2)由试验获得，以分闸角为横坐标轴原点，即以分闸角度作为参考角度0
°
，整定合闸角与三相涌流的关系近似为u形曲线，如图2所示，当分闸角与合闸角之差在
‑
16
°
～70
°
范围内时，三相涌流抑制效果良好。
[0054]
s3，在接收到外部合闸指令后，经过延时t
ys
，发出合闸信号，以控制断路器在合闸角处合闸。
[0055]
进一步地，所述延时t
ys
的计算公式为：
[0056]
t
ys
＝(n
min
×
t+t
hj
)
‑
(t
kzhl
+t
dlq
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0057]
其中，t是工频周期，t
hj
是合闸角换算成的时间：t
kzhl
是控制回路固有延时；t
dlq
是断路器动作时间；
[0058]
进一步地，发出合闸信号后，经过控制回路固有延时t
kzhl
，断路器收到所述合闸信号，并在合闸角处合闸。
[0059]
具体地，步骤s3即为根据合闸角控制三相断路器合闸，具体包括：
[0060]
s31，根据公式(3)计算延时t
ys
；其中，t是工频周期，优选地，t＝20ms；n
min
是一个整数，保证n
min
×
t刚好大于t
kzhl
+t
dlq
，可由公式(4)确定：
[0061][0062]
s32，等待合闸指令；
[0063]
s33，收到合闸指令后，以参考电压u
a
由负变正第一个过零点为时间参考点；
[0064]
s34，经过延时t
ys
，发出合闸信号；
[0065]
s35，经过控制回路固有延时t
kzhl
，断路器收到合闸信号后在合闸角处合闸。
[0066]
下面以一个具体的例子对本发明提供的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法进行进一步说明。
[0067]
如图3
‑
4所示，首先，设置整定参数，具体如包括：
[0068]
1)c：合闸角计算参数。
[0069]
2)t
kzhl
：控制回路固有延时。
[0070]
3)t
dlq
：断路器动作时间。
[0071]
4)i
set1
、i
set2
：电流门槛值1、2，用以判断分闸时刻。
[0072]
然后，进入三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制流程：持续检测电流采样值，判断是否分闸，并在分闸后计算出分闸角合闸角以及延时t
ys
，任选某一相为参考相，以a相为例，具体包括：
[0073]
1)持续监测三相电流采样值，判断是否分闸，具体方法如下：
[0074]
记录a相电流采样值i
a
，计算零序电流3i0＝i
a
+i
b
+i
c
；
[0075]
判断连续半周的采样值是否满足：i
a
<i
set1
且3i0<i
set2
，若是，则判断变压器已经分闸，取半周前的时刻为分闸时刻t
fj
，若否，则说明没有分闸，继续运行。
[0076]
2)若1)已经判断变压器分闸，进行分闸角的计算：在时刻t
fj
前，寻找a相电压的正过零点t
01
，计算分闸角：k是单位时间对应的角度，如18
°
/ms；
[0077]
3)计算合闸角：
[0078]
4)计算合闸时间：
[0079]
5)计算发出合闸信号的延时：t
ys
＝(n
min
×
20ms+t
hj
)
‑
(t
kzhl
+t
dlq
)，其中
[0080]
最后，等待合闸命令，包括：
[0081]
1)等待外部合闸命令对应的开关量h变位，即收到合闸命令，记录当前时刻t1；
[0082]
2)监测电网侧的a相电压采样值，搜索由负变正的过零点t0；
[0083]
3)监测t
‑
t0≥t
ys
是否满足条件，其中t是当前时刻，当此条件满足时，发出合闸信号，经过控制回路固有延时t
kzhl
，断路器收到合闸信号，经过断路器动作时间延时t
dlq
，断路器触头闭合。其中，合闸脉冲延时计算如图4所示
[0084]
下面对本发明提供的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制装置进行描述，下文描述的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制装置与上文描述的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制方法可相互对应参照。
[0085]
本发明实施例提供一种三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制装置，包括：
[0086]
分闸角确定模块，根据三相变压器的分闸时刻t
fj
确定分闸角
[0087]
合闸确定模块，根据所述分闸角按照确定合闸角其中，
‑
16
°
<c<70
°
；
[0088]
控制模块，在接收到外部合闸指令后，经过延时t
ys
，发出合闸信号，以控制断路器在合闸角处合闸。
[0089]
如图5所示，本发明提供的三相变压器空载合闸励磁涌流的抑制装置需要接入的信号有：从母线侧电压互感器pt引入的电压信号；从变压器侧测量电流互感器ct引入的电流信号；外部合闸命令把手的开关量信号。需要输出的信号为断路器合闸开关量信号。
[0090]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。