您的当前位置:首页正文

变压器空载合闸励磁涌流抑制技术研究

来源:华佗健康网
2005年4月April2005高压圣笙HighVoltageApparatus第41卷第2期V01.41No.2・81・文章编号:1001—1609(2005)02—0081—04变压器空载合闸励磁涌流抑制技术研究郝治国1,张保会1,褚云龙1,顾丕骥2(1.西安交通大学电气工程学院,陕西西安710049;2.宝鸡市宝光真空开关有限公司,陕西宝鸡721004)StudyonInrushCurrentRestrainingTechnologywhenEnergizingNo。loadTransformerZhi-gu01,ZHANGBao-huil,CHUYun-long,GUHA0Pi-ji2(1.SchoolofElectricalEngineering,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China;2.BaliBaoguangVacuumSwitchingEquipmentLtd.。Baoji721004,China)摘要:在分析变压器空载合闸励磁涌流暂态过程及现有抑制励磁涌流措施原理的基础上.提出了一种改进的选相位关合技术来抑制三相YN.d接法变压器励磁涌流的新方法。该方法考虑了剩磁对励磁涌流的影响.利用中性点串联电阻的方法抑制首合相励磁涌流暂态过程.利用“延迟合闸”策略限制剩余两相涌流幅值。通过EMTP仿真表明该方法在铁芯剩磁难以准确测量的情况下可以有效地抑制变压器励磁涌流幅值及暂态过程。关键词:变压器;励磁涌流;剩磁;选相位关合;电磁暂态程序(EMTP)中图分类号:TM761.11:TM774Abstract:Inproposedenergizingandthispaper,anin动保护误动作.同时造成绕组变形,从而减少变压器寿命。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,同时涌流中的高次谐波对连接到电力系统中的敏感电力电子器件有极强的破坏作用。励磁涌流是由于铁芯磁通饱和所引起的冲击电流,其大小与变压器等值阻抗、合闸初相角、剩磁大小、绕组接线方式、铁芯结构及材质等因素有关。为了减小励磁涌流对电力系统的影响.通常采取在合闸回路串联电阻来限制涌流的幅值和暂态过程,但文献标识码:Aclosingstrategyis该方法增加了投资费用和操作的复杂性。随着开关技术的发展.采取选相位关厶【z・,】技术。通过控制合闸时刻电压的初相角.使铁芯中的磁通在空载合闸时刻不发生突变.避免铁芯磁通的饱和,从而有效地抑制励磁涌流的暂态过程。选相位关合技术合闸时刻与铁芯中的剩磁有关.由于剩磁很难测量.因此选相位关合技术在实际应用中还存在着问题。笔者在分析串联电阻法和选相位关合技术原理的基础上.考虑剩磁对最佳合闸时刻的影响.提出一种抑制三相YN.d接法变压器励磁涌流的新方法。whenaimprovedappliedrestrainingpowerinrushcurrentsno。loadYo/Atransformer.Itusescombinationofseriesresistorinsertionandcontrolledclosingfluxthetotechnology.Consideringtransient,thegroundingneutralpointisusedtotheeffectsresistorrestrainthenofresidualtoinrushconnectedthetransformerinrushtransientofthefirstcloseingemployedtwotophasereduceanda“delayedclosing。strategy’’iscurrenttheinrushmagnitudeoftheindicatesthatlastthephases.ThewouldsimulationthebebyEMTPstrategyrestraincan’tinrushmeasured.transientefficientlywhen2基本原理变压器铁芯材料励磁特性具有非线性特性,见图1。当铁芯磁通多小于饱和磁通中。时,励磁电流i。很小。若痧>中。,励磁电流t随着磁通中增加迅速增加。为方便分析励磁涌流产生的原因.先以单相变theresidualfluxKeywords:transformer;inrushcontrolledcurrent;residualflux;closing:EMTP1引言电力变压器在空载合闸投入电网时,由于变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料的非线性特性.会产生幅值相当大的励磁涌流.由此可能导致变压器差压器为例.设合闸时刻铁芯中的剩磁为巾。回路电压方程【1】为:罂+RI=Umsin(tot+仪)dt收稿日期:2004—09—20;修回日期:2005—01—19则铁芯中的磁通为:基金项目:国家自然科学基金(50277027)作者简介:郝治国(1976一),男,博士生,内蒙古鄂尔多斯市人,主要研究方向是电力系统继电保护及变压器仿真研究。万方数据 2005年4月・82・April2005高压雹譬HighVoltageApparatus第41卷第2期V01.41No.2/r、/\/J①V:\/>。t图l磁通电流变化曲线图峭,m_盎一善t中=一西。cos(tot+or)+(①’qSmCOSCc)e“(2)(3)其中:0【为变压器投入时刻电压初相角:R为变压器绕组电阻:三为变压器绕组电感。式(2)中:一西。COS(tot+(x)为稳态磁通,(咖,+一生£蛾cosot)e‘为维持t=O时刻磁通不能发生突变而产生的暂态磁通,这是一个衰减的非周期分量.衰减时间常数为尺厄。当在电压过零时刻即初相角(3/=0时合闸,有最大磁通西一一2西m+西,。现代电力变压器在正常工作状态下磁通已接近饱和.当达到最大磁通中一时,励磁电流将会成百倍地增长,其值可能达到额定电流的6~8倍.持续时间随着R/L增加而缩短.见图1。为有效地抑制变压器空载合闸励磁涌流对电力系统的影响,必须降低流过变压器铁芯的磁通。分析式(2)可知,选择在合适的电压初始相角Of,合闸或改变电阻R的值都可以有效地降低流过铁芯的磁通值。串联电阻法就是在合闸回路中串联一合适的电阻来增大式(2)及式(3)中尺的阻值,从而降低合闸时刻稳态磁通的幅值和励磁涌流的暂态持续时间,以达到抑制涌流的目的。由式(2)可知,流过变压器铁芯的磁通饱和的主要原因就是因为在变压器空载投人时刻铁芯中的磁通不能发生突变.因而产生了衰减的非周期暂态磁通分量.使得变压器铁芯磁等时投入空载变压器.则铁芯中将无暂态磁通产生而直接进入稳态过程.此时不产生励磁涌流.选相位关合技术就是基于这种思想提出的限制励磁涌流的新方法【2.31.对于单相变压器,选相位关合技术选择在t。=中将无暂态磁通产生:特别是当铁芯无剩磁时,若/)_--西。sin(tot)(4)万 方数据对于三相变压器.由于三相铁芯剩磁不同,因此各相最佳合闸时刻也不相同.选相位关合技术采取“延迟合闸”策略。首先假设A相在虚拟磁通等于剩磁的最佳时刻f0=arCCOS(一函,/多。)肪合闸,此时A相铁芯中的磁通为多=一(多mCOS(o)t+et)。B,C相铁芯中的磁通不再是静态的剩磁.而是随着A相磁通变化而变化的动态感应磁通。尽管两相铁芯中的剩磁不同,根据铁芯磁通平衡效应【2】:见图2(a),设西.c>函m,当奴到达饱和点后。中。还在未饱和区,由于变压器的非线性,在该暂态过程中的L。吐。,因此B,C相绕组上电压也不相同,巩>仉,在绕组内部,B相绕组磁通的变化速度要比C相绕组快。B,C相感应磁通将很快消除剩磁的影响.大小趋于相等.相位超前A相磁通1800,见图2(b),选择B,C相在A相磁通峰值时刻合闸,此时B.C相虚拟磁通与铁芯中的动态感应磁通相等。由于A相磁通滞后A相电压900.因此“延迟合闸”策略可以表述为:首合相在最佳时刻合闸.剩余的两相经过1~3周波后在首合相电压过零时刻合闸。B嗽7l1l/獭肌,、删№㈨初}剩磁——形{.;]刀刃渺0.05A相0.09O.110.13O.15(a)磁通平衡效应原理图(b)变压器铁芯磁通不惹图图2采用“延迟合闸”策略的YN.d变压器铁芯磁通变化选相位关合技术是随着开关技术的发展而提出的一种新型电力设备关合手段。由于变压器的励磁涌流的幅值与变压器投入时系统电压的相位有关.因此利用选相位关合技术控制变压器空载投入时刻.可有效地限制励磁涌流。但在考虑剩磁的影响时.由于剩磁的大小很难准确测定.因此选择首合相合闸于虚拟磁通与剩磁相同的最佳时刻.在现实中存在着很大的困难.需要进一步的改进。3改进的选相位关合技术研究笔者在分析串联电阻法和选相位关合技术的基本原理及其不足的同时.提出了一种限制变压器空载合闸励磁涌流的新方法.其原理见图3。它主要由两部分组成:变压器Y侧中性点接带旁路开关的接地电阻R。和选相位关合装置,这种新的方法综合利用串联电阻法和选相位关合技术在限制励磁涌流应用中嚣蠡。…Z。。Ⅲ茎藿翰Y()△电压l{‘U’、L/“限制初合相涌{R。摹\kJ流值的串联电阻—+L…j=J-:_j通饱和。如果把系统电压看成一个虚拟的磁通源.在该虚拟磁通源产生的磁通与变压器铁芯中的剩磁相arccos(一西,/q)。)肠时投入空载变压器,变压器铁芯Or,----叮r,2.即在系统电压峰值时刻合闸.流过变压器铁芯的磁通将按照正弦规律变化,如式(4)所示:2005年4月April2005高压圣譬HighVoltageApparatus第4l卷第2期V01.41No.2・83・的特点,是对文『21,f31提出的选相位关合技术的改进。对于三相变压器.由于铁芯中的剩磁难以测量.首合相最佳合闸时刻的选取非常困难.因而可能会产生很大的励磁涌流。笔者在中性点处串联一个电阻R。,利用串联电阻来削弱励磁涌流和暂态过程。在正常运行状态下旁路开关k。闭合,在投入空载变压器时,首先打开k。,将电阻R。接人合闸回路,首合相在该相电压峰值时刻即仅=耵/2处合闸.此时暂态磁通的峰值等与剩磁值中。首合相铁芯中的最大磁通西一为:中~一西。l+西,(5)q,ml=_—兰坠一(6)、/(R+Ro)2+(toL)2由式(5),式(6)可以看出.在中性点处串联合闸电阻R。方法与串联电阻法的思路相同.但是要比串联电阻法投资少、操作简单,可以有效地抑制首合相励磁涌流幅值。在首合相合闸后.由于中性点串联电阻R。的作用,铁芯中的暂态磁通迅速衰减。根据文『2]中的延迟合闸策略,在经过1~3个工频周期后.在首合相电压过零点处将另外两相合闸。对于三极共轴的断路器.合闸延迟可以采用设置机械延时来实现:对于具有独立操动机构的断路器.合闸延时实现将变得更为简单。在三相合闸完成后.中性点电压将等于零,此时闭合k。。实验仿真为了验证改进的选相位关合技术限制励磁涌流幅值和暂态过程的有效性.利用EMTP进行了仿真。变压器的暂态模型较稳态模型复杂.建立一个适合各种频率特性的变压器模型是很困难的。用于仿真的变压器模型.需要能够正确反映变压器铁芯励磁特性曲线.同时可以对剩磁进行模拟。选用了“非线性电感一96”对变压器铁芯中励磁动态过程进行仿真。铁芯剩磁的大小直接关系到变压器励磁涌流的幅值.目前在讨论变压器励磁涌流问题时有争议的原始数据就是剩磁。考虑到我国变压器的实际情况,照顾到大量的中、高压变压器,剩磁的数值选为0.5~0.7B。,若偏严考虑,仿真时所取的剩磁值应比O.7B。高一些…。用于仿真的变压器为Y。纶接法,额定容量50MV・A。额定电压为110/10.5kV.额定电流为262A.变压器高压侧接系统,进行空载合闸。三相剩磁为B,F一0.75B。,BrB=一0.25Bm,BIc=一0.5B。。4.2随机空载合闸仿真在没有控制的情况下变压器空载合闸典型的励磁涌流波形见图4。考虑到合闸时刻的随机性.在无控制的情况下.在一个周波内等时间间隔地进行万 方数据《、蜒脚合闸初相角,(。)图4典型的励磁拥流渡彤图5随机合I嗣三相励磁涌流峰值20次随机合闸操作.所得三相励磁涌流幅值随合闸初相角的变化关系见图5。4.3采用改进的选相关合技术进行空载合闸仿真对采用图3所示的改进的选相位关合技术抑制励磁涌流的措施进行了实验仿真.中性点串联电阻Ro=500n.A相在系统电压峰值时刻合闸,B.C两相在A相合闸25ms后.即A相电压过零时刻合闸.励磁涌流波形见图6。由图可以看出。采用改进的选相位关合技术控制变压器空载合闸后.励磁涌流的峰值大大降低。首合相A相电流峰值为105A。B。C相电流峰值仅为额定电流的4%。《、堪脚霉黼中性点串联电阻阻值/n图6毳粟譬盖蓑篱靠篡蔻合图7三相励磁涌流峰值随中性点串联电阻阻值变化示意图对于笔者提出的改进的选相位关合技术.三相励磁涌流抑制作用将受到中性点串连电阻R。阻值的影响。图7为变压器空载合闸励磁涌流峰值随中性点串联电阻阻值变化而改变的关系图。当中性点直接接地时.首合相励磁涌流将达到170A.其余两相涌流值也达50~80A。随着中性点串联电阻的增加.涌流值呈指数衰减。在现实中.中性点串联电阻的选取不仅要考虑抑制涌流的程度.还要综合考虑到选取大电阻的经济性与可行性。4.4影响因素从理论上来说.采用改进的选相位关合技术可以有效地限制变压器空载合闸时的励磁涌流。在以上的理论分析和仿真中所采用的都是理想的开关模型。事实上.限制变压器空载合闸励磁涌流所取得的效果受到断路器动作分散性和触头预击穿因素的影响.综合考虑断路器动作分散性和触头预击穿因素的影响.选择开关理想关合时刻和实际关合时刻的时间差从±0.5~±2ms变化.对改进的选相位关合技术进行进一步仿真.结果见表l。由表1可知.在综合考虑了开关动作分散性,及触头预击穿因素对改进的选相位关合技术抑制励磁涌流作用的影响后.励磁涌流最大值达到177A.但44.1变压器模型的选取2005年4月・84・表1April2005杰压圣譬HighVoltageApparatus第4l卷第2期V01.41No.2考虑关合时间差仿真结果基础上.简单介绍了目前抑制励磁涌流措施的基本原理及存在的不足.提出了一种改进的选相关合技术来抑制励磁涌流的新方法。通过EMTP仿真得出以下结论:(1)改进的选相位关合技术充分考虑了剩磁对变压器空载合闸励磁涌流的影响,可以有效地抑制励磁涌流幅值和暂态过程。(2)断路器的动作时间分散性和触头预击穿特性对抑制励磁涌流的效果有影响,因此开关技术的发展将会促进该技术的应用。(3)如果能够准确测量首合相铁芯中的剩磁西。可以取消中性点串联合闸电阻,并在理论上可以实现无涌流空载合闸。(单位△£l,At2:ms厶,厶,,c:A)厶—2.0h厶1776212114657112146281055510810526501051211105572810510853565310656275356735640205694461.0一一~i三一,n厶L厶h^541471371775024177102501465426146107532.0箬五兰碧踹珊螽血2一’c相关合时间差参考文献:L,厶,厶——各相励磁涌流的峰值弓寥芍又献-这与无控制随机合闸产生的励磁涌流相比.仍有显著改善作用,能够起到抑制励磁涌流的作用。同时由表1中可以看出,当△£l_2ms时,几乎无励磁涌流产生。事实上,△£j_2ms即为首合相虚拟磁ms,Atz=O[1]Inrush王维俭,侯炳蕴.大型机组继电保护理论基础[M](第2版).北京:电力出版社.1989.【2]HJohn,Brunke,JKlaus,eta1.EliminationofTransformerCurrentbyControlledTPowerSwitching-partI:TheoreticalDeliver,APR通等于剩磁的时刻,中,=一咖。cos仅,此时无暂态磁通产生.也就是上述所说的最佳合闸时刻。【3]Consideration[J1.IEEE276-280.HJohn,Brunke,JInrushCurrentby2001,16(2):Klaus,eta1.EliminationControlledofTransformer5结论笔者在分析变压器空载合闸励磁涌流暂态过程Switching-PartII:ApplicationandPerformanceConsiderations[J].IEEEPowerDeliver,APR200l,16(2):281—285.f^.^—“。——1国内首台800kV交流隔离开关顺利完成型式试验13在国家高压电器质量监督检验中心顺利完成型式试验。{简讯}{.,.、.,.、.,.、.~,j西安开压开关有限责任公司为我国目前电压等级最高的750kV输电系统研制的800kV隔离开关,近750kV输电系统是我国首条最高电压等级的输变电工程,按照西北电网公司发展规划,今年在官亭及兰州东建成2座750kV变电站。2004年3月。作为国家大型高压开关企业,西开引进国外先进技术与美国南州电力开关有限公司(简称SSL公司)合作生产的750kV隔离开关获得官亭工程的订货合同。为确保我国第1条750kV示范工程使用的产品的质量,西开有限公司对此十分重视,专门成立了以总经理为组长的领导小组.严格按IS09001新品开发程序进行管理,并且配置了专用的软、硬件,确保技术开发、转化的进度及准确性。在技术副经理直接领导下.技术处专门成立了试品研制转化小组,通过吸收消化国外先进技术,并在较短时间内攻克了特高压下绝缘结构,开合小电流能力,破冰能力及结构,整体机械结构稳定性等关键技术,并针对800kV产品加工精度高、铸件多等特点,还专门投入了30余套工装、模具,以保证零部件加工质量。国内首台800kV隔离开关能够顺利通过各项试验,与西电集团公司领导的指导和支持以及集团公司内相关企业的合作是分不开的。尤其是得到了国家高压电器质量监督检验中心领导及工程技术人员的鼎力相助。800kV试验回路及其方法对于该中心也是首次接触,面临的困难更是前所未有,由于部分试验项目在国内尚属首次.试验条件不完全具备,高压绝缘和大容量试验室的工程师们出谋划策,克服重重困难,根据已有资源.通过技术改造,设备重组,使之完全满足大级别,大容量试品必须的试验要求,为试品顺利通过试验创造了条件。800kV隔离开关的研制成功.使西开有限公司的隔离开关产品制造技术水平与国际一流的制造技术水平接轨.巩固了该公司产品在超高压输变电系统中的市场地位,并为即将开始的百万伏级的特高压隔离开关的研制打下了坚实的基础。万方数据 变压器空载合闸励磁涌流抑制技术研究

作者:作者单位:

郝治国, 张保会, 褚云龙, 顾丕骥, HAO Zhi-guo, ZHANG Bao-hui, CHU Yun-long, GU Pi-ji

郝治国,张保会,褚云龙,HAO Zhi-guo,ZHANG Bao-hui,CHU Yun-long(西安交通大学电气工程学院,陕西,西安,710049), 顾丕骥,GU Pi-ji(宝鸡市宝光真空开关有限公司,陕西,宝鸡,721004)

高压电器

HIGH VOLTAGE APPARATUS2005,41(2)10次

刊名:英文刊名:年,卷(期):被引用次数:

参考文献(3条)

1.H John, Brunke;J Klaus Elimination of Transformer Inrush Current by Controlled Switching-PartⅡ:Application and Performance Considerations[外文期刊] 2001(02)

2.H John, Brunke;J Klaus Elimination of Transformer Inrush Current by Controlled Switching-partI:Theoretical Consideration[外文期刊] 2001(02)3.王维俭;侯炳蕴 大型机组继电保护理论基础 1989

引证文献(10条)

1.吴清华.张彼德 空载变压器的励磁涌流研究[期刊论文]-电力学报 2010(1)

2.李伟.黄金.方春恩.王军.张彼德 基于相控开关技术的空载变压器励磁涌流抑制研究[期刊论文]-高压电器2010(5)

3.张琦兵.邰能灵.王鹏.倪明杰.卫卫 船舶变压器预充磁分析研究[期刊论文]-电力系统保护与控制 2010(18)4.马果.吴广宁.王韬.闵英杰 电力机车励磁涌流仿真及其对公网影响的分析[期刊论文]-电气化铁道 2010(1)5.黄金.方春恩 空载变压器选相关合技术研究[期刊论文]-山东电力高等专科学校学报 2009(4)6.黄金.方春恩.李天辉.王凤翔 计及剩磁的变压器励磁涌流的仿真研究[期刊论文]-变压器 2009(11)

7.阙小生.黎功华.张永记.尹志宇 基于ATP数字仿真的变压器励磁涌流和内部故障的研究[期刊论文]-电力与电工2009(2)

8.樊运新.张彦林.颜罡 电力机车网侧电流保护系统的设计[期刊论文]-电力机车与城轨车辆 2008(2)9.战学牛.陈月红.刘太华.王海玲 空投变压器导致线路差动误动的事故分析[期刊论文]-继电器 2007(23)10.吴俊.王磊.黄佳霖.庞远峰 变压器涌流Hamming贴近度模糊识别原理分析[期刊论文]-继电器 2007(12)

本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gydq200502001.aspx

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容