本發(fā)明屬于變壓器勵磁涌流抑制技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于選相分合閘的ynd11型三相變壓器空投勵磁涌流抑制方法。

背景技術(shù)：

電力變壓器是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備之一,其正常工作與否直接關(guān)系到電力系統(tǒng)能否連續(xù)穩(wěn)定地運行,變壓器由于故障造成損壞后其檢修難度大、檢修周期長，不但會影響電力系統(tǒng)的正常運行,甚至?xí)斐刹豢晒懒康慕?jīng)濟損失和社會影響。變壓器在空載投入時或外部故障切除后電壓恢復(fù)時,由于鐵芯磁通不能突變，由于電壓突變而產(chǎn)生的暫態(tài)磁通可能導(dǎo)致鐵芯發(fā)生飽和，將會在變壓器電壓突變的一側(cè)產(chǎn)生數(shù)值很大的電流,該電流被稱為勵磁涌流。

變壓器正常工作時勵磁電流很小，而勵磁涌流的幅值可能達到額定電流的6～8倍，一方面可能造成繼電保護誤動作使變壓器投運失敗,另一方面可能使繞組變形影響變壓器使用壽命；同時勵磁涌流中含有的大量諧波分量將會污染電網(wǎng),惡化電能質(zhì)量；對于并列運行或者上級變壓器，勵磁涌流可能誘發(fā)和應(yīng)涌流,干擾鄰近運行變壓器,導(dǎo)致變壓器及斷路器因電動力過大受損,誘發(fā)操作過電壓、損壞電器設(shè)備等后果。因此必須采取措施抑制變壓器的勵磁涌流,從而減少勵磁涌流帶來的種種破壞性后果。

目前抑制變壓器勵磁涌流的方法主要分為以下兩類：1)從內(nèi)部進行控制。即從變壓器鐵芯的勵磁原理出發(fā),通過改變變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以達到削減勵磁涌流的目的,例如改變變壓器原、副邊繞組的分布法等。但該類方法但由于需要改變變壓器的結(jié)構(gòu),這將會帶來其它的問題,如是否會使變壓器的絕緣變壞或影響變壓器的穩(wěn)態(tài)運行等等,使其發(fā)展具有一定的局限性。2)從外部進行控制。即在變壓器外部采取一些補救措施以削減勵磁涌流,例如串聯(lián)電阻法、低壓側(cè)加裝電容器法、軟啟動法和選相合閘技術(shù)等。其中前兩種方法需要投入附加設(shè)備，增加了運行維護成本，第三種方法存在參數(shù)整定及控制問題，勵磁涌流抑制效果欠佳。

選相合閘技術(shù)是隨著開關(guān)技術(shù)的發(fā)展而提出的一種新型電力設(shè)備的關(guān)合手段,也是有效抑制電力系統(tǒng)操作過電壓和涌流以及全面提高電能質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)。選相合閘技術(shù)抑制勵磁涌流的原理是控制斷路器動靜觸頭在系統(tǒng)電壓或電流波形的指定相位角時刻進行開關(guān)關(guān)合,使合閘時刻的鐵芯剩磁與由系統(tǒng)電壓決定的預(yù)感應(yīng)磁通相同，從而削弱勵磁涌流。該法從勵磁涌流產(chǎn)生的根本原因一一鐵芯磁通過飽和的角度入手,理論上可以完全消除勵磁涌流。作為新型主流研究方向,該方法對提高電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性和經(jīng)濟性意義深遠,且應(yīng)用前景廣闊。

將該法應(yīng)用于抑制變壓器空載合閘勵磁涌流的關(guān)鍵在于選擇最佳的合閘相位角，即包括對變壓器鐵芯剩磁信息的掌握及相間合閘順序的配合。對于ynd11型三相變壓器來說，原邊繞組為中性點接地的星型接法，副邊繞組為三角形接法，斷路器分閘后三相電流依次過零熄弧。首斷相熄弧后，受到三角形繞組的作用，未熄弧相電壓在首斷相副邊產(chǎn)生感應(yīng)電壓，導(dǎo)致首斷相剩磁發(fā)生變化，第二相熄弧后類似。最后一相熄弧后，其剩磁僅由繞組外加電壓決定(忽略線圈電阻和漏磁通)而不再進一步變化，因此通過監(jiān)測分閘期間末相熄弧電壓即可掌握其剩磁信息，據(jù)此確定最佳合閘相角。本發(fā)明充分考慮斷路器的熄弧特性、變壓器鐵芯結(jié)構(gòu)及繞組聯(lián)結(jié)方式等因素的影響，給出了一種針對ynd11型三相變壓器選相合閘方法，該方法可以很好的抑制變壓器空載合閘產(chǎn)生的勵磁涌流。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種ynd11型三相變壓器空投勵磁涌流抑制方法，該方法只需采樣ynd11型三相變壓器運行時三相電壓電流波形以控制b相電流最后熄弧，同時獲得其電壓熄弧相角信息，據(jù)此確定合閘順序及合閘電壓相角，即可抑制空載合閘勵磁涌流，相關(guān)參數(shù)易獲取，可以方便的用于實際工程中。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

ynd11型三相變壓器空投勵磁涌流抑制方法，包括如下步驟：

步驟1：ynd11型三相變壓器運行期間，信號采集裝置通過互感器對其三相電壓電流波形進行采樣并記錄；

步驟2：根據(jù)步驟1采樣獲得的三相電流波形，檢測b相電流過零時刻t0b，據(jù)此控制斷路器分閘后b相電流最后熄弧，同時記錄b相電流熄弧時刻tdb；

步驟3：根據(jù)步驟2所得的b相電流熄弧時刻tdb，結(jié)合步驟1采樣獲得的三相電壓波形，確定b相熄弧電壓相角所述以b相電壓正向過零點為參考點，即當(dāng)b相于電壓正向過零點熄弧時，

步驟4：收到合閘信號后首先對b相合閘，合閘電壓相角為延時2～3周波后對a、c相同時合閘，合閘電壓相角為βa(c)＝0°或βa(c)＝180°，所述合閘相角均以b相電壓正向過零點為參考點。

所述步驟2中的控制斷路器分閘后b相電流最后熄弧包括以下步驟：

步驟1：檢測b相電流過零時刻t0b；

步驟2：控制b相電流過零后1/6周波內(nèi)斷路器分閘；

ynd11型三相變壓器原邊為中性點接地的星型接法，正常運行時三相電流對稱，相位互差120°；斷路器分閘后，由于電流過零點熄弧特性，三相電流依次熄弧?？刂芺相電流最后熄弧即為控制b相電流最后過零，通過控制在b相電流過零點后1/6周波內(nèi)使斷路器分閘即可，此時熄弧順序為a-c-b。

所述步驟3中的確定b相熄弧電壓相角包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)電壓錄波波形確定b相電壓正向過零點時刻t0；

步驟2：以t0時刻為參考點，計算b相熄弧電壓相角為

和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點：

1、相關(guān)參數(shù)易獲取。即該勵磁涌流抑制方法所有參數(shù)均可通過直接測量獲得。

2.相比于傳統(tǒng)選相關(guān)合抑制ynd11型三相變壓器空投勵磁涌流方法，充分考慮了鐵芯剩磁的影響，勵磁涌流抑制效果更好。

附圖說明

圖1為正常運行時原邊三相電流波形圖。

圖2為ynd11型三相變壓器連接組示意圖。

圖3為本發(fā)明方法的整體方案圖。

圖4為b相合閘后三相動態(tài)磁通圖。

圖5為仿真模型圖。

圖6為仿真得到的分閘電流波形圖。

圖7為仿真得到的分閘電壓波形圖。

圖8為仿真得到的合閘電壓波形圖。

圖9為仿真得到的合閘電流波形圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作詳細的說明：

如圖1所示為正常運行時原邊三相電流波形圖，三相電流對稱且相位互差120°。由于斷路器分閘后電流過零點熄弧特性，三相電流依次斷開。考慮到一體式變壓器(三相三柱式及三相五柱式)兩邊柱(a、c相)磁路對稱，但不同于中間柱(b相)磁路，令b相為特殊相。通過控制斷路器于b相電流過零點后1/6周波內(nèi)(δt1或δt2段)分閘，即可控制b相電流最后熄弧，此時三相電流熄弧順序為a-c-b。

ynd11型三相變壓器原邊為中性點接地的星型接法，a相電流熄弧后，b、c相原邊繞組壓降仍為系統(tǒng)電壓ub和uc(忽略系統(tǒng)阻抗及原邊)，則在副邊繞組有感應(yīng)電壓ub'和uc'，由于三角形繞組的作用，副邊三相繞組電壓和為0，因此在a相副邊繞組感應(yīng)出電壓為

ua'＝-(ub'+uc')(1)

a相鐵芯磁通在其電流斷開之后進一步變化,剩磁不再保持為其電流熄弧時的數(shù)值。類似地，c相電流熄弧后剩磁同樣會受到b相感應(yīng)電壓的影響而變化，直到b相電流熄弧，三相鐵芯磁通保持不變即為剩磁，其中b相剩磁即為其熄弧時刻磁通。

如圖2所示為ynd11型三相變壓器連接組示意圖，設(shè)b相電源電壓為ub(t)＝umsin(ωt+α)，um是原邊繞組電壓峰值，ω為電壓角頻率，α為電源電壓初相角，可定義某時刻的電壓相角為

對b相變壓器一次繞組列回路電壓方程為：

其中：r是變壓器一次回路等效電阻，i是變壓器一次回路電流，n1是原邊繞組匝數(shù)，φb是b相鐵芯磁通；由于變壓器一次回路等效電阻r很小，?？珊雎圆挥嫞瑒t有

即：

兩邊積分得：

圖3為本發(fā)明方法的整體方案圖,圖中：xl表示線路阻抗，tv表示電壓互感器，ta表示電流互感器，qf表示三相斷路器。對三相斷路器qf進行分閘操作，信號采集裝置通過ta及tv采集三相電壓電流波形。通過電流互感器ta和電壓互感器tv采集ynd11型三相變壓器分閘期間原邊繞組電壓電流信息，該變壓器在三相對稱系統(tǒng)中正常運行時原邊三相電流大小相等，相位互差120^°，由于各相斷路器在電流過零時自然分斷，故三相分閘時刻非同期?？刂茢嗦菲鞣珠l后b相最后斷開，熄弧電壓相角為結(jié)合式(1)和式(5)可知其鐵芯剩磁為

據(jù)此即可確定ynd11型三相變壓器的合閘順序及最佳合閘相角。

設(shè)b相合閘時刻t＝t0'，合閘電壓相角為βb，即有ωt0'+α＝βb，根據(jù)式(3)可得合閘后磁通表達式為

其中，為穩(wěn)態(tài)磁通峰值，l為等效勵磁電感。

令φrb+φmcosβb＝0，結(jié)合式(7)，選擇最佳合閘相角βb，則有

b相合閘后，由于三角形繞組的作用，a、c相繞組會有感應(yīng)電壓產(chǎn)生，其鐵芯磁通不再保持為剩磁不變，而是隨b相磁通變化的動態(tài)磁通，如圖4所示。a、c相磁路對稱且受磁通平衡效應(yīng)的影響，b相合閘后2～3周波后a、c相磁通近似相等。ynd11型三相變壓器副邊三角形接法使得三相繞組電壓和恒為0，由于鐵芯磁通為繞組電壓的積分，故有

φa+φb+φc＝0(10)

因此進入穩(wěn)態(tài)后，a、c相磁通大小為b相磁通的1/2，相位滯后180°。在b相磁通峰值即βa(c)＝0°或βa(c)＝180°處，a、c相鐵芯磁通近似等于其預(yù)感應(yīng)磁通，此時對a、c兩相合閘，磁通將迅速進入穩(wěn)態(tài)而不發(fā)生鐵芯飽和，勵磁涌流得到抑制。

實施例

圖5為搭建的仿真模型，本仿真模型中變壓器為三相雙繞組變壓器組，額定電壓為345/289kv，額定容量為1209mva，額定空載電流約為2a。通過圖5中i、v采集變壓器原邊繞組電流和電壓波形,控制開關(guān)在電壓波形的不同相角處開斷，觀測原邊繞組電流波形。

仿真得到的電流電壓波形分別如圖6和圖7所示，由圖6可知三相電流熄弧順序為a-c-b，對照圖7可知b相熄弧電壓相角為

故可確定該變壓器三相合閘順序為b-a(c)，帶入公式(9)可得b相最佳合閘電壓相角為βb＝202°，a(c)相最佳合閘電壓相角為βa(c)＝0°或βa(c)＝180°。依照上述合閘相角合閘時的電壓電流波形分別如圖8和圖9所示，可以看出合閘期間三相電流幅值均接近穩(wěn)態(tài)空載電流，勵磁涌流被有效抑制。

以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。