專利名稱：濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，可應(yīng)用于電力系統(tǒng)內(nèi)有諧波源負(fù)荷的變電站或產(chǎn)生諧波的工業(yè)用戶變電站(或配電間)。
背景技術(shù)：
冶煉、化工、電鐵等非線性負(fù)荷的大量應(yīng)用造成了諧波污染大、功率因數(shù)低等問題。非線性負(fù)荷產(chǎn)生的諧波電流流入電網(wǎng)側(cè)，對電網(wǎng)會造成嚴(yán)重的污染。由于諧波在電網(wǎng)內(nèi)流動，不僅產(chǎn)生較大的損耗，同時對變壓器、繼電保護(hù)等一、二次設(shè)備帶來很大的安全隱患，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的安全與經(jīng)濟(jì)運行，影響電網(wǎng)的可靠供電。對于諧波源負(fù)荷較大的用戶，傳統(tǒng)解決方法主要是在用戶側(cè)加裝濾波器以限制流入電網(wǎng)的諧波。由于傳統(tǒng)濾波方法效果不理想，導(dǎo)致注入電網(wǎng)的諧波仍較大，甚至超出國標(biāo)要求。對于諧波源負(fù)荷較小的用戶，因為濾波器費用投入較大，加之用戶對諧波的認(rèn)識程度不高，大部分都沒有加裝濾波器，這樣對于接入多個負(fù)荷的變電站公共母線疊加注入的諧波電流很大，通過變壓器注入電網(wǎng)，從而影 響電網(wǎng)供電質(zhì)量。因此，有必要設(shè)計一種濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，該濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法能有效降低諧波損耗，提高功率因素。發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)，其特征在于，包濾波型電力變壓器和濾波補償系統(tǒng)；所述的變壓器具有三繞組結(jié)構(gòu)或四繞組結(jié)構(gòu)；三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器所包含的三個繞組的匝數(shù)分別為NI、N2和N3，且N1>N2>N3，記該三個繞組分別為高壓繞組、中壓繞組和低壓屏蔽繞組，低壓繞組和屏蔽繞組共一個繞組，即稱為低壓屏蔽繞組；低壓屏蔽繞組設(shè)置在高壓繞組和中壓繞組之間；低壓屏蔽繞組與濾波補償裝置相接；四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器包含的4個繞組的匝數(shù)分別為M1、M2、M3和M4，且M1>M2>M3，M4小于或等于M3，，記該4個繞組分別為高壓繞組、中壓繞組、低壓繞組和屏蔽繞組；4個繞組在變壓器的鐵芯上的排布位置為由內(nèi)到外依次為低壓繞組、中壓繞組、屏蔽繞組、高壓繞組；屏蔽繞組與濾波補償裝置相接。對于三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，一次側(cè)繞組即高壓繞組采用星形接線，中壓繞組采用星形接線，低壓繞組采用三角形接線；對于四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，一次側(cè)繞組即高壓繞組采用星形接線，二次側(cè)繞組即中壓繞組采用星形接線，屏蔽繞組和低壓繞組均采用三角形接線。所述的濾波補償裝置為一組諧波吸收支路或由多組諧波吸收支路并聯(lián)而成。對于三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，高壓繞組的電壓等級為220kV或IlOkV,中壓繞組的電壓等級為IlOkv或35kV，低壓屏蔽繞組的電壓等級為35kV或IOkV ；對于四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，高壓繞組的電壓等級為220kV或IlOkV,中壓繞組的電壓等級為IlOkv或35kV，低壓繞組和屏蔽繞組的電壓等級均為35kV或10kV。一種濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，將三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器或四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器與濾波補償裝置相連以濾除諧波及提高功率因素，三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器所包含的三個繞組的匝數(shù)分別為NI、N2和N3，且N1>N2>N3，記該三個繞組分別為高壓繞組、中壓繞組和低壓屏蔽繞組；低壓屏蔽繞組設(shè)置在高壓繞組和中壓繞組之間；低壓繞組與濾波補償裝置相接；四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器包含的4個繞組的匝數(shù)分別為M1、M2、M3和M4，且M1>M2>M3，M4小于或等于M3，，記錄該4個繞組分別為高壓繞組、中壓繞組、低壓繞組和屏蔽繞組；4個繞組在變壓器的鐵芯上的排布位置為由內(nèi)到外依次為低壓繞組、中壓繞組、屏蔽繞組、高壓繞組；屏蔽繞組與濾波補償裝置相接。對于三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，一次側(cè)繞組即高壓繞組采用星形接線，二次側(cè)繞組即 中壓繞組采用星形接線，低壓繞組采用三角形接線；對于四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，一次側(cè)繞組即高壓繞組采用星形接線，中壓繞組采用星形接線，屏蔽繞組和低壓繞組均采用三角形接線。所述的濾波補償裝置為一組諧波吸收支路或由多組諧波吸收支路并聯(lián)而成。對于三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，高壓繞組的電壓等級為220kV或IlOkV,中壓繞組的電壓等級為IlOkv或35kV，低壓繞組的電壓等級為35kV或IOkV ；對于四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，高壓繞組的電壓等級為220kV或IlOkV,中壓繞組的電壓等級為IlOkv或35kV，低壓繞組和屏蔽繞組的電壓等級均為35kV或10kV。一種濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)，包括高壓繞組、中壓繞組和低壓(屏蔽)繞組及濾波補償系統(tǒng)，區(qū)別于傳統(tǒng)繞組的是低壓(屏蔽)繞組布置在高壓繞組和中壓繞組之間，低壓(屏蔽)繞組經(jīng)特殊阻抗設(shè)計，低壓(屏蔽)繞組與濾波補償系統(tǒng)相接，變比與傳統(tǒng)變壓器一致。通過對與所接的全調(diào)諧濾波裝置，實現(xiàn)對注入變壓器的諧波磁通的有效屏蔽，濾除諧波及提高功率因數(shù)。傳統(tǒng)方法中，濾波補償系統(tǒng)設(shè)置在變壓器高壓側(cè)，諧波磁通在變壓器內(nèi)部的主鐵心、空氣以及油等范圍內(nèi)自由流通。同時，二次負(fù)載繞組諧波交變磁通在穿鏈網(wǎng)側(cè)繞組時，也會在網(wǎng)側(cè)繞組感應(yīng)相應(yīng)的諧波電流。這說明傳統(tǒng)方法中諧波磁通所引起的鐵耗，以及由諧波電流在網(wǎng)側(cè)繞組所引起的銅耗是一直存在的，這也是目前采用傳統(tǒng)濾波方法所不能解決的問題。在本發(fā)明專利技術(shù)中，濾波補償系統(tǒng)設(shè)置在變壓器的二次側(cè)，由于增加了屏蔽繞組，且其漏抗很小，接近于零，該繞組接入全調(diào)諧濾波裝置，構(gòu)成了某次諧波頻率下零阻抗回路，具備了 “超導(dǎo)體”閉合回路的條件。在二次負(fù)載繞組流經(jīng)諧波電流時，會產(chǎn)生相應(yīng)的諧波磁通。該交變諧波磁通在屏蔽繞組和調(diào)諧裝置所構(gòu)成的閉合回路中感應(yīng)出相應(yīng)的諧波電動勢，由于閉合回路的存在，便在該回路中產(chǎn)生相應(yīng)的諧波電流，既而產(chǎn)生相應(yīng)的諧波電動勢。根據(jù)“超導(dǎo)”回路磁鏈?zhǔn)睾阍?，無論外部諧波磁場交鏈該“超導(dǎo)體”閉合回路的諧波磁鏈如何變化，回路感應(yīng)諧波電流所產(chǎn)生的諧波磁鏈總會抵制這種變化，這意味著在特定次諧波頻率下，二次負(fù)載繞組和二次屏蔽繞組間達(dá)到了諧波磁動勢平衡狀態(tài)。由于諧波磁動勢已經(jīng)在負(fù)載繞組和屏蔽繞組間平衡，因此，網(wǎng)側(cè)繞組就不會感應(yīng)特定次諧波頻率的諧波電流，也就是說，將諧波電流屏蔽于變壓器的二次負(fù)載繞組，實現(xiàn)了與網(wǎng)側(cè)繞組以及交流電網(wǎng)的隔離。所消耗的無功功率同時可由濾波補償裝置提供。由此表明，在特定次諧波頻率下，只要保證屏蔽繞組和濾波補償裝置所組成的閉合回路的特定次諧波總阻抗近似為0，也就是保證特定次諧波頻率下的超導(dǎo)體閉合回路的條件，則注入變壓器的負(fù)載諧波電流產(chǎn)生的諧波磁通均可實現(xiàn)良好的屏蔽作用，從而取到較好的濾波效果。 有益效果本發(fā)明的濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，所采用的變壓器的繞組與傳統(tǒng)繞組的區(qū)別是低壓(屏蔽)繞組布置在高壓繞組和中壓繞組之間，低壓(屏蔽)繞組與濾波補償裝置相接，變比與傳統(tǒng)變壓器一致。通過所接的全調(diào)諧濾波裝置實現(xiàn)對注入變壓器的諧波磁通的有效屏蔽，濾除諧波及提高功率因數(shù)。這種濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)在運行時，諧波注入變壓器，屏蔽繞組(在三繞組結(jié)構(gòu)時，低壓繞組與屏蔽繞組共一個繞組)短路阻抗很小或者近似為0，所接的濾波裝置全調(diào)諧，利用電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)對諧波磁通的有效屏蔽，從而起到對諧波的有效濾除和無功補償作用。該濾波型變壓器集成系統(tǒng)能屏蔽負(fù)荷諧波電流產(chǎn)生的諧波磁通，隔離負(fù)荷側(cè)注入電網(wǎng)的諧波電流，大大降低變壓器的諧波損耗以及由諧波分量所引起的振動與噪音，提高功率因數(shù)。這種濾波型變壓器集成系統(tǒng)不僅能有效濾除注入電網(wǎng)的諧波，還能提高功率因數(shù)，提升系統(tǒng)的運行效率，降低電磁噪音，節(jié)能環(huán)保。濾波型變壓器集成系統(tǒng)采用多繞組結(jié)構(gòu)型式，分為高壓繞組、中壓繞組、低壓(屏蔽)繞組。諧波濾除效果比采用傳統(tǒng)無源濾波方法高出20%以上，功率因素補償可達(dá)到O. 96以上。有效降低電網(wǎng)的諧波損耗，提高了電網(wǎng)的安全運行水平。


圖I為濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(具有三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器)；圖2為濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(具有四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器)圖3為三繞組結(jié)構(gòu)(圖a)和四繞組結(jié)構(gòu)(圖b)的變壓器繞組布置圖。圖4為本發(fā)明專利技術(shù)與傳統(tǒng)方法對比濾波效果圖。標(biāo)號說明1-高壓繞組，2-中壓繞組，3-低壓繞組，4-濾波補償裝置，5-屏蔽繞組，6-低壓屏蔽繞組。
具體實施例方式以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明實施例I :參見圖I和圖3 (a)，濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)的變壓器采用三繞組結(jié)構(gòu)，具體包括高壓繞組(電壓等級為220kV)、中壓繞組(電壓等級為IlOkV)和低壓屏蔽繞組(電壓等級為IOkV)。低壓屏蔽繞組設(shè)置在高壓繞組和中壓繞組之間(見圖3 (a))，低壓繞組與濾波補償裝置相接。濾波裝置按全調(diào)諧設(shè)計，即對于某次諧波(比如5次諧波)而言，該濾波支路5次諧波電抗與5次諧波容抗相等，S卩Q5L=I/co5C，支路的總阻抗為零，實現(xiàn)全調(diào)諧。其它諧波次數(shù)的濾波支路設(shè)計原理一致。在圖I中，濾波型電力變壓器采用多繞組結(jié)構(gòu)型式，其一次側(cè)繞組采用星形接線，輸入端接交流電源I (為電網(wǎng)或者發(fā)電端)，電壓等級為220kV，其二次側(cè)中壓繞組帶負(fù)荷供電，電壓等級為IlOkV,其二次側(cè)低壓(屏蔽)繞 組采用三角形接線，電壓等級為10kV。低壓屏蔽繞組可同時帶其它負(fù)荷供電。輸出端接濾波器(含補償功能)?？捎删哂胁煌Y(jié)構(gòu)型式的濾波器組成，可以是一個或多個濾波支路，實現(xiàn)對負(fù)荷產(chǎn)生的各次諧波的濾除。圖4為本發(fā)明專利技術(shù)與傳統(tǒng)方法對比濾波效果圖。圖4a為采用傳統(tǒng)方法的電壓、電流波形圖，波形嚴(yán)重畸變，圖4b為采用本發(fā)明專利技術(shù)的電壓、電流波形圖，波形改善明顯，成為合格的正弦波。采用本專利技術(shù)，變壓器內(nèi)諧波磁通因有效屏蔽，諧波損耗比傳統(tǒng)變壓器降低70%以上，變壓器噪音降低5-15db，功率因數(shù)提高到O. 96，變壓器220kV、IIOkVlOkV側(cè)的電壓畸變率達(dá)到或超過國家標(biāo)準(zhǔn)2%、3%、4%的要求。實施例2 參見圖2和圖3 (b)，濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)的變壓器采用四繞組結(jié)構(gòu)，具體包括高壓繞組(電壓等級為220kV)、中壓繞組(電壓等級為IlOkV)和低壓繞組和屏蔽繞組(電壓等級均為IOkV)。屏蔽繞組設(shè)置在高壓繞組和中壓繞組之間(見圖3 (b))，屏蔽繞組與濾波補償裝置相接。濾波補償裝置(濾波器)為電抗器L和電容器C串聯(lián)結(jié)構(gòu)，對于某特定諧波的感抗與容抗相等，即ω;=1/ωη(，其中ω為基波角頻率，η為諧波次數(shù)。濾波裝置按全調(diào)諧設(shè)計，即對于某次諧波而言，以5次諧波為例，該濾波支路5次諧波電抗與5次諧波容抗相等，即《5L=l/co5C，支路的總阻抗為零，實現(xiàn)全調(diào)諧。其它諧波次數(shù)的濾波支路設(shè)計原理一致。濾波效果對比與實施例I的效果相當(dāng)。采用本專利技術(shù)，變壓器內(nèi)諧波磁通因有效屏蔽，諧波損耗比傳統(tǒng)變壓器降低70%以上，變壓器噪音降低5-15db，功率因數(shù)提高到O. 96，變壓器220kV、IIOkVlOkV側(cè)的電壓畸變率達(dá)到或超過國家標(biāo)準(zhǔn)2%、3%、4%的要求。屏蔽繞組短路阻抗很小或者近似為O。濾波裝置按全調(diào)諧設(shè)計。通過對屏蔽繞組的特殊阻抗設(shè)計與所接的濾波補償裝置實現(xiàn)對注入變壓器的諧波磁通的有效屏蔽，濾除諧波及提高功率因數(shù)。另外，采用三繞組結(jié)構(gòu)時，高壓側(cè)(可為220kV或IlOkV)為電源側(cè)，中壓側(cè)(對應(yīng)為IlOkV或35kV)接帶負(fù)荷供電，低壓(屏蔽)繞組(對應(yīng)為35kV或IOkV)同時接全調(diào)諧濾波器并可接帶其它負(fù)荷供電。采用四繞組結(jié)構(gòu)時，其特征在于，增加一個屏蔽繞組，屏蔽繞組設(shè)置在高壓繞組和中、低壓繞組之間，緊鄰高壓繞組。高壓側(cè)(可為220kV或IlOkV)為電源側(cè)，中壓側(cè)(對應(yīng)為I IOkV或35kV)接帶負(fù)荷供電，低壓側(cè)(對應(yīng)為35kV或IOkV)接帶低壓負(fù)荷供電，屏蔽繞組單獨接全調(diào)諧濾波器實現(xiàn)濾波及補償。 濾波器按全調(diào)諧設(shè)計，同時具有無功補償功能。
權(quán)利要求
1.一種濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)，其特征在于，包濾波型電力變壓器和濾波補償系統(tǒng)；所述的變壓器具有三繞組結(jié)構(gòu)或四繞組結(jié)構(gòu)； 三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器所包含的三個繞組的匝數(shù)分別為N1、N2和N3，且N1>N2>N3，記該三個繞組分別為高壓繞組、中壓繞組和低壓屏蔽繞組；低壓屏蔽繞組設(shè)置在高壓繞組和中壓繞組之間；低壓屏蔽繞組與濾波補償裝置相接； 四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器包含的4個繞組的匝數(shù)分別為Ml、M2、M3和M4，且M1>M2>M3，M4小于或等于M3，，記該4個繞組分別為高壓繞組、中壓繞組、低壓繞組和屏蔽繞組；4個繞組在變壓器的鐵芯上的排布位置為由內(nèi)到外依次為低壓繞組、中壓繞組、屏蔽繞組、高壓繞組；屏蔽繞組與濾波補償裝置相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)，其特征在于，對于三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，一次側(cè)繞組即高壓繞組采用星形接線，中壓繞組采用星形接線，低壓繞組采用三角形接線； 對于四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，一次側(cè)繞組即高壓繞組采用星形接線，二次側(cè)繞組即中壓繞組采用星形接線，屏蔽繞組和低壓繞組均采用三角形接線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)，其特征在于，所述的濾波補償裝置為一組諧波吸收支路或由多組諧波吸收支路并聯(lián)而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)，其特征在于，對于三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，高壓繞組的電壓等級為220kV或IlOkV,中壓繞組的電壓等級為IlOkV或35kV，低壓屏蔽繞組的電壓等級為35kV或IOkV ； 對于四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，高壓繞組的電壓等級為220kV或IlOkV,中壓繞組的電壓等級為IlOkV或35kV，低壓繞組和屏蔽繞組的電壓等級均為35kV或10kV。
5.一種濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，將三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器或四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器與濾波補償裝置相連以濾除諧波及提高功率因素，三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器所包含的三個繞組的匝數(shù)分別為N1、N2和N3，且N1>N2>N3，記該三個繞組分別為高壓繞組、中壓繞組和低壓屏蔽繞組；低壓屏蔽繞組設(shè)置在高壓繞組和中壓繞組之間；低壓繞組與濾波補償裝置相接； 四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器包含的4個繞組的匝數(shù)分別為Ml、M2、M3和M4，且M1>M2>M3，M4小于或等于M3，，記錄該4個繞組分別為高壓繞組、中壓繞組、低壓繞組和屏蔽繞組；4個繞組在變壓器的鐵芯上的排布位置為由內(nèi)到外依次為低壓繞組、中壓繞組、屏蔽繞組、高壓繞組；屏蔽繞組與濾波補償裝置相接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，對于三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，一次側(cè)繞組即高壓繞組采用星形接線，二次側(cè)繞組即中壓繞組采用星形接線，低壓繞組采用三角形接線； 對于四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，一次側(cè)繞組即高壓繞組采用星形接線，中壓繞組采用星形接線，屏蔽繞組和低壓繞組均采用三角形接線。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，所述的濾波補償裝置為一組諧波吸收支路或由多組諧波吸收支路并聯(lián)而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任一項所述的濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，其特征在于，對于三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，高壓繞組的電壓等級為220kV或IlOkV,中壓繞組的電壓等級為IlOkV或35kV，低壓繞組的電壓等級為35kV或IOkV ； 對 于四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器，高壓繞組的電壓等級為220kV或IlOkV,中壓繞組的電壓等級為IlOkV或35kV，低壓繞組和屏蔽繞組的電壓等級均為35kV或10kV。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)，包括變壓器和濾波補償裝置；所述的變壓器具有三繞組結(jié)構(gòu)或四繞組結(jié)構(gòu)；三繞組結(jié)構(gòu)的變壓器包含高壓繞組、中壓繞組和低壓屏蔽繞組，低壓繞組和屏蔽繞組共一個繞組；低壓(屏蔽)繞組設(shè)置在高壓繞組和中壓繞組之間；低壓(屏蔽)繞組與濾波補償裝置相接；四繞組結(jié)構(gòu)的變壓器包含高壓繞組、中壓繞組、低壓繞組和屏蔽繞組；4個繞組在變壓器的鐵芯上的排布位置為由內(nèi)到外依次為低壓繞組、中壓繞組、屏蔽繞組、高壓繞組；屏蔽繞組與濾波補償裝置相接。該濾波型電力變壓器集成系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法能有效降低諧波損耗，提高功率因素。
文檔編號H02J3/18GK102820129SQ201210344060
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者黃文濤, 劉福生 申請人:湖南華大電工高科技有限公司