相控真空斷路器投切空載變壓器的應(yīng)用研究

曹嘉奇

摘要：在關(guān)合空載變壓器的過程中，會產(chǎn)生勵(lì)磁涌流，從而導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)，還可能會導(dǎo)致整個(gè)電路的電能質(zhì)量降低。所以選擇選相和張極數(shù)在鐵芯中的預(yù)感應(yīng)磁通和剩磁相等時(shí)投入變壓器，能夠使勵(lì)磁涌流現(xiàn)象大大削弱。所以在本文中將對變壓器處于空載投切暫態(tài)過程時(shí)，以及在勵(lì)磁涌流受限制時(shí)應(yīng)當(dāng)采取的策略進(jìn)行論述。

關(guān)鍵詞：相控真空斷路器;投切;空載變壓器

1.前言

當(dāng)空載變壓器處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，所產(chǎn)生的電流是額定電流的0.35%～10%左右，如果在空載狀態(tài)下將變壓器投入到電網(wǎng)當(dāng)中，那么在電網(wǎng)合閘時(shí)會產(chǎn)生瞬間性質(zhì)的勵(lì)磁涌流，而這一瞬間所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流幅值是穩(wěn)定狀態(tài)下的幾十倍，甚至是更高。所以這就會使變壓器自身所攜帶的差動(dòng)保護(hù)裝置出現(xiàn)誤動(dòng)現(xiàn)象，增加繞組的機(jī)械應(yīng)力，同時(shí)降低電路的電能質(zhì)量。正因?yàn)槿绱藢ο罂卣婵諗嗦菲魍肚锌蛰d變壓器的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究是非常重要的。

2.勵(lì)磁涌流及選相分合閘技術(shù)

對于勵(lì)磁涌流來講，主要是指在通電過程中剩磁和鐵芯飽和所產(chǎn)生的幅值非常高的沖擊電流，對于該電流來講，能夠在出現(xiàn)的過程中使整個(gè)變壓器的插動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)，然后增加機(jī)械應(yīng)力和降低電能質(zhì)量。通過使用選相合閘技術(shù)，可以對斷路器的合閘時(shí)間進(jìn)行分相控制，在鐵芯當(dāng)中的預(yù)感應(yīng)磁通和剩磁達(dá)到相同狀態(tài)時(shí)立即投入變壓器，能夠有效避免鐵芯飽和并有效地使勵(lì)磁涌流幅值得到抑制。相比較于合閘電阻與并聯(lián)電容器的抑制作用來講，這種技術(shù)在使用的過程中作用效果更加可靠，而且也更加經(jīng)濟(jì)。

選相分合閘技術(shù)是在上個(gè)世紀(jì)70年代所提出的這一技術(shù)本質(zhì)是通過控制斷路器的分合閘電壓及電流的初相角，從而使電磁暫態(tài)現(xiàn)象得到消除。隨著后來電氣制造技術(shù)水平，以及微電子自動(dòng)控制相關(guān)技術(shù)不斷進(jìn)步，這相技術(shù)已經(jīng)在輸配電系統(tǒng)工作中的多個(gè)方面進(jìn)行了應(yīng)用。通過選相分合閘投切空載變壓器，可以使整個(gè)輸配電系統(tǒng)中變壓器存在的勵(lì)磁涌流現(xiàn)象得到有效抑制，并且對繼電保護(hù)裝置進(jìn)行簡化，從而產(chǎn)生更好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.選相分合閘投切單向變壓器

在變壓器進(jìn)行空載投入之前，若是變壓器鐵芯當(dāng)中沒有剩磁，那么這個(gè)時(shí)候粒子涌流數(shù)值大小和電壓投入時(shí)的出相角具有直接聯(lián)系，當(dāng)電壓達(dá)到峰值時(shí)，變壓器鐵芯當(dāng)中的感應(yīng)磁通數(shù)值會降低到0。如果這個(gè)時(shí)候進(jìn)行合閘，那么就會使勵(lì)磁涌流現(xiàn)象得到極大程度削弱，當(dāng)該點(diǎn)剩磁數(shù)值為零時(shí)就是最佳的合閘時(shí)機(jī)。對于單相變壓器來講，鐵芯內(nèi)部的剩磁和上一次切除時(shí)，系統(tǒng)電壓所產(chǎn)生的相角具有一定程度的內(nèi)在聯(lián)系，通過相關(guān)實(shí)驗(yàn)可以知道選相分閘能夠?qū)﹁F芯當(dāng)中的剩磁狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測，從而為下一次選相合閘提供數(shù)據(jù)支持。

4.選相分合閘投切三相變壓器

首先，是對剩磁不進(jìn)行計(jì)量進(jìn)行選相分合閘。對于這一動(dòng)作來講是在沒有剩磁的情況下所完成的，這也是最簡單的一種合閘情況，當(dāng)繞組外施三相對稱電壓的時(shí)候，三相磁通本身也是對稱的，磁通之間的數(shù)值和等于0。

其次則是對剩磁進(jìn)行計(jì)量，然后進(jìn)行選相分合閘。基于變壓器三相繞組的磁通變化規(guī)律和原始剩磁狀態(tài)開展分合閘，能夠通過分相控制斷路器實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制，將變壓器的暫態(tài)緩沖降到最低程度，從而使勵(lì)磁涌流幅值得到有效抑制。在此過程中又可以將核查過程以及核查策略分為快速以及延遲和同步，還有相控投切這4種。在這4種合閘策略當(dāng)中，除了同步策略之外，其他的策略都需要在斷路器操作機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)分相控制的基礎(chǔ)上來完成，這樣才可以使整個(gè)合閘過程保證精度和穩(wěn)定性。

5.仿真分析

5.1 PSCAD仿真分析

對于這種仿真分析來講，是以圖形界面電力系統(tǒng)暫態(tài)控制為基礎(chǔ)，然后形成的一種時(shí)域仿真軟件，可以對計(jì)算過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)曲線的繪制。所以在本文進(jìn)行仿真研究及分析的過程中，通過該軟件對三相變壓器空載合閘暫態(tài)過程開展仿真模擬分析。在隨機(jī)核查的過程中，所產(chǎn)生的勵(lì)磁涌流數(shù)值是一次測額定電流的4倍以上，通過快速合閘策略可以將勵(lì)磁涌流數(shù)值限制到0.05倍一次側(cè)額定電流，此時(shí)的電流和穩(wěn)態(tài)下的勵(lì)磁電流是極為接近的。

5.2仿真模擬試驗(yàn)結(jié)果分析

對于勵(lì)磁涌流來講，在產(chǎn)生及數(shù)值變化的過程中，最主要的影響因素包括了斷路器的動(dòng)作時(shí)間分散程度，還有就是變壓器的鐵心結(jié)構(gòu)以及繞組方式和剩磁測量誤差程度等等。作業(yè)在本文模擬仿真研究的過程中，主要是針對上述影響因素，給永磁機(jī)構(gòu)的真空斷路器所產(chǎn)生影響進(jìn)行了試驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明滿足選相分合閘的要求，使整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)擁有了可靠的數(shù)據(jù)支持。

首先對于斷路器動(dòng)作時(shí)間補(bǔ)償來講，是指在斷路器合閘過程中，時(shí)間的穩(wěn)定性對于合閘的實(shí)現(xiàn)質(zhì)量以及實(shí)現(xiàn)與否會產(chǎn)生至關(guān)重要影響。因?yàn)閷τ跀嗦菲骱祥l來講，除了自身的運(yùn)動(dòng)分散性影響因素外，動(dòng)作時(shí)間會受到外界環(huán)境溫度和控制電壓的影響，而環(huán)境溫度以及控制電壓還有就是斷路器動(dòng)作時(shí)間，三者之間的關(guān)系是非線性關(guān)系，環(huán)境溫度和控制電壓之間的影響，依據(jù)測試結(jié)果，通過軟件進(jìn)行分析，可以通過非等參長與等參長進(jìn)行表格繪制，然后再選擇使用雙次插值算法，求出對應(yīng)條件下的動(dòng)作時(shí)間。在此過程中斷路器自身在使用過程中出現(xiàn)的機(jī)械磨損和粘滯阻力等相關(guān)不確定因素，對于動(dòng)作時(shí)間也會具有一定程度的影響，可以通過自適應(yīng)算法對這些影響進(jìn)行計(jì)算并補(bǔ)償。在對多次操作的動(dòng)作，時(shí)間誤差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與收集的過程中，可以通過加權(quán)濾波方法，對下一次斷路器在動(dòng)作過程中的實(shí)際發(fā)生時(shí)間進(jìn)行預(yù)測。

其次，則是最佳的相位信號提取。為了保障在信號交流的過程中，白噪聲和諧波所產(chǎn)生的干擾得到消除，可以使用FIR數(shù)字濾波器對信號進(jìn)行過濾，然后通過線性插值算法將電壓及電流的零點(diǎn)進(jìn)行提取。

最后，則是預(yù)擊穿所產(chǎn)生的影響。對于選相合閘來講，在合閘過程中初始相角的選擇和斷路器的預(yù)擊穿性能是有直接聯(lián)系的，只有保證斷路器在合閘過程中的速度夠快，才能夠使預(yù)擊穿對整個(gè)合閘過程以及斷路器使用產(chǎn)生影響降到最低并實(shí)現(xiàn)同步合閘。

6.結(jié)束語

綜上所述，對于相控真空斷路器投切空載變壓器的應(yīng)用來講，最主要目的是為了能夠在合閘過程中速度更快，并使勵(lì)磁涌流對整個(gè)合閘過程以及配電網(wǎng)系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響降到最低。所以在本文中對4種策略進(jìn)行了簡要論述，并對永磁機(jī)構(gòu)真空斷路器的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了模擬仿真分析，對于后續(xù)的變壓器選相投切控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以發(fā)揮一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]丁富華，鄒積巖，方春恩，等. 相控真空斷路器投切空載變壓器的應(yīng)用研究[J]. 中國電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2005，25（003）：89-93.

[2]趙相盛. 真空斷路器選相控制技術(shù)的研究[D]. 沈陽工業(yè)大學(xué)，2016.

[3]陳勇進(jìn)，潘麗萍，王新忠. 一種用于空載變壓器相控投切真空斷路器的智能控制系統(tǒng)：，CN107732912A[P]. 2018.

[4]倪海妙. 基于選相控制的空載變壓器關(guān)合勵(lì)磁涌流抑制方法的研究[D]. 東南大學(xué)，2016.

黑龍江龍煤集團(tuán)七臺河礦業(yè)有限責(zé)任公司電力部 ?黑龍江七臺河 ?154600