變壓器涌流抑制

1、精品文檔抑制變壓器勵(lì)磁涌流的新方法北極星電力網(wǎng)技術(shù)頻道作者 : 佚名2009/5/21 10:02:00所屬頻道 :電網(wǎng)關(guān)鍵詞 :勵(lì)磁涌流涌流抑制器變壓器 摘 要 變壓器勵(lì)磁涌流不僅導(dǎo)致繼電保護(hù)誤動(dòng)，由其衍生的電網(wǎng)電壓驟降、諧波污染、和應(yīng)涌流、 鐵磁諧振過電壓等都給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來不可低估的負(fù)面影響。數(shù)十年來人們通過識(shí)別勵(lì)磁涌流特征的方法來減少繼電保護(hù)的誤動(dòng)率，但并未獲得良好的回報(bào)，誤動(dòng)率仍居高不下。至于對(duì)電壓驟降、諧波污染、和應(yīng)涌流等的消除更一籌莫展。究其原因是人們認(rèn)為勵(lì)磁涌流的出現(xiàn)不可抗拒，只能采用“識(shí)別”的對(duì)策，即“躲”的對(duì)策。其實(shí)，換個(gè)思路“抑制”，是完全可以實(shí)現(xiàn)的，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了。

2、關(guān)鍵詞 勵(lì)磁涌流磁路飽和涌流抑制器0、引言變壓器勵(lì)磁涌流與電容器的充電涌流抑制原理完全相似，電感及電容都是儲(chǔ)能元件，前者不容許電流突變，后者不容許電壓突變，空投電源時(shí)都將誘發(fā)一個(gè)暫態(tài)過程。在電力變壓器空載接入電源時(shí)及變壓器出線發(fā)生故障被繼電保護(hù)裝置切除時(shí)，因變壓器某側(cè)繞組感受到外施電壓的驟增而產(chǎn)生有時(shí)數(shù)值極大的勵(lì)磁涌流。 勵(lì)磁涌流不僅峰值大， 且含有極多的諧波及直流分量。由此對(duì)電網(wǎng)及電器設(shè)備造成極為不利的影響。1、勵(lì)磁涌流的危害性1.1引發(fā)變壓器的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)，使變壓器的投運(yùn)頻頻失?。?.2變壓器出線短路故障切除時(shí)所產(chǎn)生的電壓突增，誘發(fā)變壓器保護(hù)誤動(dòng)，使變壓器各側(cè)負(fù)荷全部停電；1.3A 電

3、站一臺(tái)變壓器空載接入電源產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流，誘發(fā)鄰近其他B 電站、 C 電站等正在運(yùn)行的變壓器產(chǎn)生“和應(yīng)涌流”(sympathetic inrush)而誤跳閘，造成大面積停電；1.4數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流會(huì)導(dǎo)致變壓器及斷路器因電動(dòng)力過大受損；1.5誘發(fā)操作過電壓，損壞電氣設(shè)備；1.6勵(lì)磁涌流中的直流分量導(dǎo)致電流互感器磁路被過度磁化而大幅降低測(cè)量精度和繼電保護(hù)裝置的正確動(dòng)作率；1.7勵(lì)磁涌流中的大量諧波對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量造成嚴(yán)重的污染。1.8造成電網(wǎng)電壓驟升或驟降，影響其他電氣設(shè)備正常工作。數(shù)十年來人們對(duì)勵(lì)磁涌流采取的對(duì)策是“躲”，但由于勵(lì)磁涌流形態(tài)及特征的多樣性，通過數(shù)學(xué)或物理方法對(duì)其特征識(shí)別的準(zhǔn)確性難以

4、提高， 以致在這一領(lǐng)域里勵(lì)磁涌流已成為歷史性難題。2、勵(lì)磁涌流的成因抑制器的重要特點(diǎn)是對(duì)勵(lì)磁涌流采取的策略不是“躲避”，而是“抑制”。理論及實(shí)踐證明勵(lì)磁涌流是可以抑制乃至消滅的，因產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的根源是在變壓器任一側(cè)繞組感受到。1歡迎下載精品文檔外施電壓驟增時(shí)， 基于磁鏈?zhǔn)睾愣ɡ?，該繞組在磁路中將產(chǎn)生單極性的偏磁，如偏磁極性恰好和變壓器原來的剩磁極性相同時(shí)，就可能因偏磁與剩磁和穩(wěn)態(tài)磁通疊加而導(dǎo)致磁路飽和，從而大幅度降低變壓器繞組的勵(lì)磁電抗，進(jìn)而誘發(fā)數(shù)值可觀的勵(lì)磁涌流。由于偏磁的極性及數(shù)值是可以通過選擇外施電壓合閘相位角進(jìn)行控制的，因此，如果能掌握變壓器上次斷電時(shí)磁路中的剩磁極性， 就完全可以通過

5、控制變壓器空投時(shí)的電源電壓相位角，實(shí)現(xiàn)讓偏磁與剩磁極性相反，從而消除產(chǎn)生勵(lì)磁涌流的土壤磁路飽和，實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁涌流的抑制。長(zhǎng)期以來，人們認(rèn)為無法測(cè)量變壓器的剩磁極性及數(shù)值，因而不得不放棄利用偏磁抵消剩磁的想法。 從而在應(yīng)對(duì)勵(lì)磁涌流的策略上出現(xiàn)了兩條并不暢通的道路，一條路是通過控制變壓器空投電源時(shí)的電壓合閘相位角，使其不產(chǎn)生偏磁， 從而避免空投電源時(shí)磁路出現(xiàn)飽和。另一條路是利用物理的或數(shù)學(xué)的方法針對(duì)勵(lì)磁涌流的特征進(jìn)行識(shí)別，以期在變壓器空投電源時(shí)閉鎖繼電保護(hù)裝置，即前述“躲避”的策略。這兩條路都有其致命的問題，捕捉不產(chǎn)生偏磁的電源電壓合閘角只有兩個(gè)，即正弦電壓的兩個(gè)峰值點(diǎn)（90°或 270&

6、#176;），如果偏離了這兩點(diǎn)，偏磁就會(huì)出現(xiàn)，這就要求控制合閘環(huán)節(jié)的所有機(jī)構(gòu)（包括斷路器）要有精確、穩(wěn)定的動(dòng)作時(shí)間，因?yàn)槿鐒?dòng)作時(shí)間漂移1 毫秒，合閘相位角就將產(chǎn)生18°的誤差。此外，由于三相電壓的峰值并不是同時(shí)到來，而是相互相差 120°，為了完全消除三相勵(lì)磁涌流，必須斷路器三相分時(shí)分相合閘才能實(shí)現(xiàn)， 而當(dāng)前的電力操作規(guī)程禁止這種會(huì)導(dǎo)致非全相運(yùn)行的分時(shí)分相操作，何況有些斷路器在結(jié)構(gòu)上根本無法分相操作。用物理和數(shù)學(xué)方法識(shí)別勵(lì)磁涌流的難度相當(dāng)大，因?yàn)閯?lì)磁涌流的特征和很多因素有關(guān)，例如合閘相位角、 變壓器的電磁參數(shù)等。大量學(xué)者和工程技術(shù)人員通過幾十年的不懈努力仍不能找到有效的方法

7、，因其具有很高的難度，也就是說“躲避”的策略困難重重，這一策略的另一致命弱點(diǎn)是容忍勵(lì)磁涌流出現(xiàn)，它對(duì)電網(wǎng)的污染及電器設(shè)備的破壞性依舊存在。圖 2-1 為一單相變壓器結(jié)構(gòu)圖，可寫出空載時(shí)初級(jí)繞組的電壓方程式中 N1、 R1 分別為初級(jí)繞組的匝數(shù)及電阻。2歡迎下載精品文檔（2.1 ）可改寫為式中為t=0時(shí) U1的初相角如忽略電阻R1，即設(shè) R1=0，則得求解（ 2.3 ）式微分方程得磁通的表達(dá)式為依據(jù)磁鏈?zhǔn)睾愣ɡ?，合閘瞬間磁路中磁鏈不能突變，即可求出積分常數(shù)C。式中可寫出磁通表達(dá)式式中為總磁通的幅值從式(2.6)中不難看出變壓器外施電壓u1 在不同初相角合閘時(shí)所產(chǎn)生的磁通都不相同，將式(2.6)改

8、寫為式(2.7)中為暫態(tài)磁通，即偏磁，在合閘瞬間p 的值與有關(guān)，在90°或 270°空投時(shí) p=0，在 0°或 180°空投時(shí) p 可達(dá)峰值 m。式 (2.7)中 為穩(wěn)態(tài)磁通，為一周期函數(shù)。圖 2-2 為空投合閘角=0 時(shí)的磁通變化曲線，圖中s 為穩(wěn)態(tài)磁通，為s 和 p 合成的總磁通（未計(jì)及剩磁res ）， sat 為變壓器飽和磁通。對(duì)于無損變壓器（R1=0）偏磁 p 不會(huì)衰減，如實(shí)線所示，對(duì)于有損變壓器（R1>0）。3歡迎下載精品文檔p 按時(shí)間常數(shù)衰減，如虛線所示。從圖2-2 中可看出在電壓相位角在1 至2 區(qū)間總磁通大于飽和磁通sat ，磁路飽

9、和，因而產(chǎn)生勵(lì)磁涌流iy ，iy 具有間斷性。對(duì)于無損變壓器和iy 是關(guān)于的偶對(duì)稱波形，而在iy=0 的間斷角區(qū)間則是關(guān)于的偶對(duì)稱波形。對(duì)于有損變壓器則與iy 將不再有對(duì)稱關(guān)系。當(dāng)計(jì)及剩磁時(shí)，總磁通將由剩磁、偏磁（暫態(tài)磁通）及穩(wěn)態(tài)磁通三者組成。不難看出在圖 2-2 偏磁的情況下，如剩磁為正， 則總磁通曲線向上平移， 即磁路更易飽和，勵(lì)磁涌流幅值會(huì)更大。如剩磁為負(fù)，則勵(lì)磁涌流將被抑制。4歡迎下載精品文檔圖 2-3 是鐵磁材料的磁滯回線，它描述在磁路的勵(lì)磁線圈上施加交流電壓時(shí)，磁勢(shì)H 也相應(yīng)的從 -Hc 到 Hc 之間變化，由H 產(chǎn)生的磁通（或磁通密度B=/S ）將在磁滯回線上作相應(yīng)的變化。 如果

10、 H在回線上的某點(diǎn)突然減到零，則 B 將隨即落到對(duì)應(yīng)B 軸的某點(diǎn)上， 該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的B 值即為剩磁Br 。可以看出剩磁的數(shù)值和極性與切除勵(lì)磁電壓的相位角有關(guān)，如果在第、象限切斷勵(lì)磁電源（即H=0）則剩磁為正或零，在、象限切斷勵(lì)磁電源，則剩磁為負(fù)。3、勵(lì)磁涌流的抑制方法變壓器在正常帶電工作時(shí)，磁路中的主磁通波形與外施電源電壓的波形基本相同，即是正弦波。磁路中的磁通滯后電源電壓90°，通過監(jiān)測(cè)電源電壓波形實(shí)現(xiàn)對(duì)磁通波形的監(jiān)測(cè)，進(jìn)而獲取在電源電壓斷電時(shí)剩磁的極性。 變壓器空投上電時(shí)產(chǎn)生的偏磁 p 也一樣，因偏磁 ，電源電壓上電時(shí)的初相角在、 象限區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生的偏磁極性為正， 而初相角在、 象限

11、區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生的偏磁極性為負(fù)。顯然， 剩磁極性可知， 偏磁極性可控，只要空投電源時(shí)使偏磁與剩磁極性相反，涌流即被抑制。圖 3-3 為變壓器初級(jí)電壓 u、主磁通、 剩磁 Res 及偏磁 p 與分閘角和合閘角的關(guān)系曲線圖 , 以及電源電壓 u 分閘初相角與剩磁 Res 的關(guān)系曲線。變壓器處于穩(wěn)態(tài)時(shí)主磁通 滯后電源電壓 u 90°，如圖 3-3 中曲線及曲線所示。變壓器空載上電時(shí)所產(chǎn)生的偏磁一定與穩(wěn)態(tài)時(shí)對(duì)應(yīng)上電時(shí)電壓u 曲線上電點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)磁通大小相等，極性相反，如圖3-3 中的曲線對(duì)應(yīng)M點(diǎn)或 N 點(diǎn)的 p1 和 p2。其最大值可達(dá)穩(wěn)態(tài)磁通的峰值m，而剩磁 Res 幅值與磁路材料的特性有關(guān)。不難看

12、出對(duì)應(yīng)同一個(gè)合閘初相角或分閘初相角所產(chǎn)生的偏磁和剩磁的極。5歡迎下載精品文檔圖 3-3 變壓器初級(jí)電壓 u、主磁通、剩磁 Res 及偏磁 p 與分閘角和合閘角的關(guān)系曲線圖性正好相反，也就是說通過分閘時(shí)測(cè)量電源電壓分閘角，并將保存下來，在下次空投變壓器時(shí)選擇在合閘角等于時(shí)加上電源， 偏磁就可與剩磁反向， 它們的合成磁通將小于飽和磁通sat( 曲線 ) ，（因飽和磁通一般選擇大于穩(wěn)態(tài)磁通峰值），磁路不會(huì)飽和，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)勵(lì)磁涌流的抑制。由于三相電源電壓在斷路器三相聯(lián)動(dòng)切除時(shí)所得到的三相分閘相角各相差120 °，剩磁極性也是三相各相差120°，而在三相聯(lián)動(dòng)合閘時(shí)三相的合閘初相角也是相差120 °，三相偏磁極性也各相差 120°，這樣就自然實(shí)現(xiàn)了變壓器三相磁路中的偏磁和剩磁都是抵消的，從而避免了一定要斷路器分相分時(shí)操作才能抑制勵(lì)磁涌流的苛求，也就是說三相聯(lián)動(dòng)斷路器支持對(duì)三相涌流的抑制。由于抑制勵(lì)磁涌流只要偏磁和剩磁極性相反即可，并不要求完全抵消，因而當(dāng)合閘角相對(duì)前次分閘角有較大偏差時(shí)， 只要偏磁不與剩磁相加，磁路就不會(huì)飽和， 這就大大降低了對(duì)斷路器操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí)間的精度要求，為這一技術(shù)的實(shí)用化奠定了基礎(chǔ)。將這種抑制器與快切裝置和備自投裝置聯(lián)動(dòng)即可實(shí)現(xiàn)備用變壓器按冷備用方式運(yùn)行，這將大大節(jié)約變壓器熱備用