变压器的励磁突入电流抑制装置及其控制方法

专利名称：变压器的励磁突入电流抑制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及抑制将变压器接通电源时产生的励磁突入电流的技 术，特别涉及正确地计算出残留磁通，且无需附加带电阻体的断路器 等设备就可以抑制励磁突入电流的变压器的励磁突入电流抑制装置 及其控制方法。
背景技术：
在变压器的铁芯中存在残留磁通的状态下，通过将该变压器接通 电源来进行无负载励磁时，有时流过过大的励磁突入电流，该励磁突 入电流的大小一般达到变压器的额定负载电流的几倍以上。因此，系 统电压由于流过该励/磁突入电流而变动，在该电压变动大的情况下有 可能对需要者造成影响。
因此，在以往，作为抑制该励磁突入电流的方法，例如提出了与 并设的两个主断路器中的一个并联地连接串联连接接通电阻与接点 而成的带电阻体的断路器，并使该带电阻体的断路器先行于两个主断 路器的主接点接通的励磁突入电流的抑制方法(参照专利文献l)。
另外，还提出了在使用三台单相型断路器接通直接接地系统的三 相变压器时，将任意一相先行接通，之后接通剩余的两相的励磁突入
电流的抑制方法(参照非专利文献2)。
专利文献1:日本特开2002-75145号7>报 专利文献2:日本特许3804606号Z/^才艮
非专利文献l: IEEE Trans. Vol. 16、 No. 2 2001"Elimination of Transformer Inrush',
但是，在如上述专利文献1记载的利用串联连接接通电阻与接点 而成的带电阻体的断路器来抑制励磁突入电流的抑制方法中，需要对通常的断路器特别附加带电阻体的断路器，所以不可避免地导致作为 断路器整体的大型化。
另外，在如上述非专利文献1记载的针对有效接地系统的变压器 使用单相型、即各相操作型断路器进行接通时的励磁突入电流的抑制 方法中，存在无法对非有效接地系统的变压器抑制所产生的励磁突入 电流这样的缺点。具体而言，在为了对设置于非有效接地系统中的无 负载变压器进行励磁而使用各相操作型断路器进行接通的情况下，仅 将断路器接通一相时，无法对变压器绕組施加电压，且在接通断路器 的第二、第三相时成为与三相同时接通相同的条件，从而无法抑制励 /磁突入电流。
另外，为了抑制将变压器接通电源时产生的励磁突入电流，根据 与变压器铁芯的磁饱和的关系，来掌握切断了变压器时的残留磁通大 小是不可欠缺的。但是，在如上述那样的为了对设置于非有效接地系
情况下，如果断路器使该无负载变压器中流过的励磁电流在其零点切 断，则在切断第一相之后发生零相电压，在切断第二、第三相之后该 零相电压成为直流电压并残留于变压器中。
因此，在测量利用断路器切断的 一側的变压器各端子的对地电压 时，由于在切断之后测量上述直流电压，所以在对各端子的对地电压 进行积分的情况下无法正确地求出变压器铁芯的残留磁通。
例如，在图3中，示出在切断了非有效接地系统变压器时在一次 端子电压中发生直流电压的现象。特别地，根据图3 (b) 、 (c)， 示出使用断路器切断了一次侧为Y接线且其中性点为非接地的变压 器时的变压器一次对地电压、对对地电压进行积分而计算出的磁通。 另外，如图3(b)所示，在断路器切断了电流之后，在变压器一次侧 对地电压中发生直流电压。被Y接线的中性点的电压也相同。
此处，在通过对变压器的端子电压4~6进行积分而计算出切断 之后的残留磁通时，由于对发生的直流电压进行积分，所以如图3(c) 所示，各相的残留磁通33~35随着时间的增加而最终发散。即，在对变压器的端子电压4~6进行积分来计算磁通时，无法正确地计算
残留》兹通。

发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于提供一种变压 器的励磁突入电流抑制装置及其控制方法，可以正确地计算出设置于 电力系统中的变压器、特别是设置于非有效接地系统中的变压器被利 用断路器切断时的残留磁通，不会导致附加带电阻体的断路器等设备 那样的断路器的大型化，可以抑制在三相的变压器中使用三台单相型 断路器接通电源时产生的励磁突入电流。
为了达成上述目的，本发明提供一种变压器的励磁突入电流抑制 装置，抑制通过利用三相的各断路器将三相变压器接通三相电源而励
磁开始时所产生的励磁突入电流，在该三相变压器中， 一次绕组被Y 接线或A接线，二次绕组或三次绕组被A接线，其特征在于，具备 稳定磁通计算单元，计算上述三相电源的线间的稳定磁通；残留磁通 计算单元，在上述断路器切断了上述变压器时，计算该变压器的上述 一次侧的线间的残留磁通；相位检测单元，输入由上述稳定磁通计算 单元计算出的稳定磁通与由上述残留磁通计算单元计算出的残留磁 通，针对每个线间检测极性以及大小一致的相位；以及接通控制单元， 在由上述相位检测单元检测出的上述相位，接通连接在上述极性以及 大小一致的上述线间的两相上述断路器，之后，接通剩余的一相上述 断路器。
另外，上述稳定磁通计算单元通过将上述三相电源的各相电压变 换为线间电压，并对该线间电压进行积分而计算出线间的稳定磁通， 或者通过直接测量上述三相电源的各线间电压，并对该线间电压进行 积分而计算出线间的稳定磁通。
进而，本发明提供一种变压器的励磁突入电流抑制装置，抑制利 用三相的各断路器将三相变压器接通三相电源而励磁开始时所产生 的励磁突入电流，在该三相变压器中， 一次绕组被Y接线或A接线，二次绕组或三次绕组被A接线，其特征在于，具备稳定磁通计算单 元，计算出上述三相电源的线间的稳定磁通；残留磁通计算单元，在 上述断路器切断了上述变压器时，计算出该变压器的上述一次、二次、 三次侧中的任意一个的线间的残留磁通；指令单元，对上述断路器发 出断开指令；断开相位控制单元，根据来自上述指令单元的指令以一 定间隔控制上述断路器的上述断开相位；断开输出单元，在由上述断 开相位控制单元控制的一定间隔的断开相位处使上述断路器断开；测 量保持单元，测量并保持通过上述断开输出单元断开的上述断路器的 断开相位、与此时的由上述残留磁通计算单元计算出的线间的残留磁 通的关系；相位检测单元，在由上述测量保持单元保持的上述线间的 残留磁通为规定值的该线间，检测该线间的上述稳定磁通与上述残留 磁通的极性以及大小一致的相位；以及接通控制单元，在由上述相位 检测单元检测出的上述相位，接通连接在上述极性以及大小一致的上 述线间的两相上述断路器，之后，接通剩余的一相上述断路器。
根据以上所述的本发明，可以提供一种变压器的励磁突入电流抑 制装置及其控制方法，不会导致附加带电阻体的断路器等设备那样的 断路器的大型化，可以抑制在利用三台单相型断路器将三相的变压器 接通电源时产生的励磁突入电流。


图l是示出本发明的第一实施方式中的三相变压器、三相断路器 以及接通控制装置的连接关系的框图。
图2是示出本发明 的第一实施方式中的三相的电源相电压、线间 电压、线间的稳定磁通、线间的残留磁通以及断路器的极间电压、与 两相的断路器的接通目标的关系的波形图。
图3是示出本发明的第一实施方式以及以往技术中的切断了非 有效接地系统的三相变压器之后在变压器中性点中发生直流电压，对 变压器端子电压进行积分从而磁通发散的情况的波形图。
图4是示出本发明的第一实施方式中的励磁突入电流的抑制效果的波形图。
图5是说明在本发明的第一实施方式中的非有效接地系统的三 相变压器接通中，将断路器接通了 一相时的其他相的电压变化的波形 图。
图6是示出本发明的第二实施方式中的三相的电源相电压、线间 电压、线间的稳定磁通、线间的残留磁通以及断路器极间电压、与两
相的断路器的接通目标的关系的波形图。
图7是以往技术的接通直接接地系统变压器时的断路器接通第 一相的相决定方法的说明图。
图8是示出本发明的第三实施方式中的变压器一次侧以及二次 侧的对地电压、线间电压的关系的图。
图9是示出本发明的第四实施方式中的三相变压器、三相断路器 以及断开/接通控制装置的连接关系的框图。
图IO是示出将本发明的第四实施方式中的三台单相变压器连接 为Y接线-A接线，并用断路器切断时的切断相位与各线间的残留磁 通的关系的波形图。
标号说明
1断路器极间电压U相 2断路器极间电压V相 3断路器极间电压W相 4电源相电压U相 5电源相电压V相 6电源相电压W相 7UV间线间电压 8 VW间线间电压 9WU间线间电压
10对UV间线间电压进行积分而得到的稳定磁通 11对VW间线间电压进行积分而得到的稳定磁通12对WU间线间电压进行积分而得到的稳定磁通
13 UV线间的残留磁通
14 VW线间的残留》兹通
15 WU线间的残留磁通 20断路器两相接通目标点
21由于预放电以及动作偏差引起的接通目标点的偏差
22预放电放电电压
23预》文电it电电压的偏差
25中性点电压
30变压器U相》兹通
31变压器V相磁通
32变压器W相》兹通
33变压器U相残留磁通
34变压器V相残留磁通
35变压器W相残留磁通
37变压器励磁电流U相
38变压器励磁电流V相
39变尿器励磁电流W相
40剩余一相断路器接通目标点
41在20的时刻断路器200的U相接通时的V相的电压 42在20的时刻断路器200的U相接通时的W相的电压 50考虑了预放电的接通目标范围
51包含稳定磁通与残留磁通的交点的断路器的接通不恰当范围 52断路器极间电压 53稳定》兹通 54残留i兹通
60变压器A侧UV间电压 61变压器A侧VW间电压 62变压器A侧WU间电压63变压器A侧U相对地电压
64变压器A侧V相对地电压
65变压器A侧W相对地电压
70与断开相位对应的UV间线间残留》兹通
71与断开相位对应的VW间线间残留^兹通
72与断开相位对应的WU间线间残留/f兹通
100电力系统(电源母线)
200断路器
300三相变压器
301 —次绕组
302 二次绕组 303三次绕组 350静电电容
400电源电压测量用机器
500变压器端子电压测量用机器
500A变压器端子电压测量装置
600接通控制装置
600A接通/断开控制装置
601电源电压测量单元
602稳定磁通计算单元
603变压器端子电压测量单元
604残留磁通计算单元
605相位检测单元
606接通指令控制单元
607断开相位/残留磁通关系测量保持单元
608断开相位控制单元
609断开指令输出单元
具体实施方式
(1.第一实施方式)
接下来，以下参照图1 图5，对第一实施方式的变压器的励磁 突入电流抑制装置的结构以及作用效果进行说明。另外，图l是示出 三相变压器、三相的断路器以及对各断路器的主接点发出接通指令的 接通控制装置的连接关系的框图，图2是示出用于接通变压器的断路 器的极间电压、电源相电压、线间电压、线间的稳定磁通与残留磁通 的关系的波形图。
另外，图3是示出切断了非有效接地系统变压器时在一次端子电 压中发生直流电压的现象的图。图4是将3.3kV-415V-300kVA的 变压器连接为Y-A接线，并模拟非有效接地系统的条件，而计算出 在20的接通目标处接通U相以及V相的断路器200，之后在40的接 通目标处接通W相的断路器200时的变压器的一次端子的对地电压、 线间电压、线间的磁通以及变压器的励磁电流的变化的波形图。图5 是示出在非有效接地系统中在上述变压器中仅将断路器接通一相后 的剩余的两相的断路器的极间电压的变化的波形图。
(1. 1.结构)
如图1所示，100为电力系统的母线(还称为电源母线)，200 为三相断路器且为各相操作型。300为通过三相断路器200接通或切 断电源母线100的三相变压器，作为一个例子，该一次绕组301以及 二次绕组302被Y接线，三次绕组303被A接线。另外，Znl、 Zn2 分别为用于将一次绕组301、 二次绕组302的中性点接地的阻抗。
400为由用于测量上述电源母线100的各相(U、 V、 W)电压 的计量仪器用变压器(VT)等构成的电源电压测量用机器，500为由 用于测量三相变压器300的一次侧各相(U、 V、 W)端子电压的VT 等构成的变压器端子电压测量用机器。另外，600为对断路器200的 主接点输出接通指令的接通控制装置，例如由具备CPU的数字运算 装置构成。
在该接通控制装置600中，601为取入并测量由VT等电源电压 测量用机器400输出的各相(U、 V、 W相)的电源电压的电源电压测量单元。602为将由该电源电压测量单元601测量的各相电压变换 为线间电压，并对其进行积分而计算各线间的磁通的稳定磁通计算单 元。
603为取入并测量由变压器端子电压测量用机器(VT) 500输出 的各相(U、 V、 W相)的变压器端子电压的变压器端子电压测量单 元，604为将由该变压器端子测量单元603测量的各相电压变换为线 间电压，并对其进行积分，从而计算各线间的磁通的残留磁通计算单 元。
605为相位检测单元，针对各线间(UV、 VW、 WU相)的每一 个输入来自上述稳定磁通计算单元602的输出信号以及来自残留磁通 计算单元604的输出信号，并检测这些各线间的稳定磁通与残留磁通 为同一极性以及大小的相位。另外，该相位检测单元605在由后述的 接通指令控制单元606先行接通了两相的断路器200时，对该两相线 间电压同时成为零的时刻的相位进行检测。
606为接通指令控制单元，通过被输入三相的来自该相位检测单 元605的输出信号，而对驱动断路器200的主接点的操作机构下达指 令，以先行接通两相的断路器200、并延迟接通剩余一相。
(1. 2.作用)
接下来，以下参照图2对具有上述结构的第一实施方式的作用的 一个例子 进行说明。另外，根据图2, 4~6为电源的各相(U、 V、 W相)电压，在由上述电源电压测量单元601测量各相电压的情况下 测量各相电压4~6。 7~9为变换4~6得到的各线间电压，10~12为 对上述各线间电压7 ~ 9进行积分而计算出的各线间的稳定磁通。
另外，用恒定直线描绘的13 ~ 15为由上述残留磁通计算单元604 计算出的三相变压器300的一次侧的各线间(UV、 VW、 WU间)的 残留磁通。另外，在图2的例子中，示出变压器UV间的残留磁通13 为正极性且最大，VW间的残留》兹通14以及WU间的残留磁通15为 负极性且分别表示相同值(残留磁通13的一半)的状态。
首先，由电源电压测量单元601通过电源电压测量用机器400对电源母线100的各相电压4~6进行测量，然后，稳定磁通计算单 元602将各相电压4~6变换为各线间电压7~9，并对其进行积分， 从而计算出各线间UV、 VW以及WU的磁通10~ 12。另外，还可以 通过对该各相电压4~6进行积分而计算出各相的稳定时的磁通，并 将各相的磁通变换为线间的磁通10~ 12。
变压器端子电压测量单元603通过变压器端子电压测量用机器 500对一次侧的各相(U、 V、 W相)的变压器端子电压进行测量， 然后，残留磁通计算单元604将由该变压器端子电压测量单元603测 量的各相电压变换为各线间UV、 VW以及WU的电压，并对其进行 积分，从而计算出各线间的残留^f兹通13~15。另外，还可以通过对由 变压器端子电压测量单元603测量的各相电压进行积分而计算出各相 的残留磁通，并将各相的残留磁通变换为线间的残留磁通13~15。
然后，相位检测单元605接收各线间的每一个的来自上述稳定磁 通计算单元602的输出信号以及来自残留磁通计算单元604的输出信 号，并对所得到线间的稳定磁通与变压器300的一次侧各线间的残留 磁通为同一极性以及大小的相位进行检测。在图2中，如果在线间的 残留磁通最大的UV间进行观察，则线间的稳定磁通10与残留磁通 13的交点为20的时刻，所以相位检测单元605对该20的时刻进行检 测。
另外，该相位检测单元605在由后述的接通指令控制单元606 先行接通了两相的断路器200时，对该两相线间电压同时成为零的时 刻的相位进行检测。即，在图4中，对所接通的断路器200的U相以 及V相的线间电压同时为零的40的时刻的相位进行检测。
然后，接通指令控制单元606在由相位检测单元605检测的线间 的稳定磁通与残留磁通为同一极性以及大小的相位，先行接通连接在 该残留磁通的线间的两相的断路器200。即，接通指令控制单元606 在20的时刻同时接通断路器200的U相以及V相这两相。然后，接 通指令控制单元606在40的时刻接通作为剩余的一相的W相的断路 器200。(1. 3.效果)
(a)在以上那样的第一实施方式中，与上述图3 (b) 、 (c) 的在断路器切断了电流之后在变压器的一次侧的对地电压中发生直 流电压，对其进行积分时残留磁通发散，从而由于其影响而无法正确 地计算出残留磁通的以往技术不同，不出现直流电压的影响，磁通不 发散，可以正确地求出残留磁通。具体而言，如图3 (d) 、 (e)所 示，在第一实施方式中，并非通过直接对对地电压进行积分而计算残 留磁通，而是根据该对地电压求出线间电压并积分从而计算出线间残 留磁通的。或者，即使通过对对地电压进行积分而求出了残留磁通， 也据此来计算出线间残留磁通。
更详细而言，由图3 (b)的直流电压25可知，断路器切断后， 变压器一次各相的对地电压成为相同大小的直流电压。此处，例如
间电压7~9是根据一次侧的对地电压的差分而计算出的，所以不会 出现上述那样的直流电压的影响。即，如果对未出现直流电压的影响 的线间电压进行积分，则可以计算出磁通不发散的残留磁通13~ 15。
因此，如第一实施方式，如果对线间电压进行积分而求出线间的 稳定磁通与残留》兹通的关系，则不会受到在变压器被切断之后发生的 直流电压、即中性点电压的影响，从而之后可以正确地决定接通断路 器200的稳定》兹通与残留磁通成为相同极性的相位。
另夕卜，在图3中，示出了没有变压器中性点的阻抗的状态，在非 有效接地系统中在变压器中性点有时连接着大值的电阻等阻抗，但即 使在该情况下在变压器中性点也出现直流电压。因此，根据上述那样 的第 一实施方式，通过对线间电压进行积分而求出线间的稳定磁通与 残留磁通的关系，从而不会受到中性点电压的影响，可以正确地决定 接通断路器200的接通相位。
(b)还存在这样的影响，根据第一实施方式，如图4所示，可 以抑制大的励磁突入电流。图4是如上所述将3.3kV - 415V - 300kVA 的变压器连接为Y-A接线，并模拟非有效接地系统的条件，而计算出在20的接通目标处接通U相以及V相的断路器200，之后在40的 接通目标处接通剩余的W相的断路器200时的变压器300的一次侧 端子的对地电压、线间电压、线间的》兹通以及变压器励磁电流的变化 的波形图。另外，在图4中，线间的残留磁通与图2相同，即UV间 为正极性且最大，VW间以及WU间的残留磁通为负极性且设为UV 间的残留^兹通的1/2。
根据图4,在作为接通目标的20的时刻同时接通了 U相以及V 相的断路器200，之后，在变压器300中流过极少量的励磁电流37、 38。即，仅流过U相以及V相的励/磁电流，而不流过W相的励磁电 流。另外，之后，在40的时刻接通了剩余的W相的断路器200时， 在W相中也流过励磁电流39。
具体而言，在接通目标20处，在接通断路器200的U相以及V 相这两相之后，在变压器300的U相、V相端子之间，施加线间电压 々3e的电压。即，由于W相不被施加电压，所以对变压器U相的绕 组以及V相的绕组施加々3e/2的电压。该情况也表现在图3所示的对 地电压波形4、 5中。
因此，如图4所示，20至40的时刻间的励/磁电流小，而在40 的时刻以后也施加三相电压，^旦励^兹电流最大为2.5A左右，从而可 以大幅抑制厉力/磁突入电流。
(c )根据上述那样的作为示出用于接通变压器300的断路器200 的极间电压、电源相电压、线间电压、线间的稳定磁通与残留磁通的 关系的波形图的图2，在作为接通目标的20的时刻，U相的断路器 200的极间电压1显示了波峰值附近的高电压。但是，V相的断路器 200的极间电压2大致为零，此处，相对于U相，V相的接通时间被 延迟，从而产生无法同时接通两相的断路器200这样的担忧。
此处，在图5中，示出在将3.3kV-415V-300kVA的变压器连 接为Y-A接线的条件下，计算出仅接通一相的断路器200的状态时 的其他相的电压变化的波形图。在接通U相的断路器200的情况下， 如V相的极间电压41、 W相的极间电压42所示，其他相的极间电压伴随过度振动而以急剧的斜率变大。
即，即使在图2所示那样的第一实施方式的情况下，在20的时 刻仅接通一相的断路器200之后，其他相的极间电压伴随过度振动而 以急剧的斜率变大。其起因于非接通相的变压器端子与断路器200间 的杂散的静电电容350被接通相的电压充电的缘故，过度振动结束后 的各相的极间电压成为V3p.u.的大小。
如上所述，在图2的作为接通目标的20的时刻，在接通两相的 断路器200时，在伴随由于接通一相的断路器而引起的先行放电、成 为电气接通状态之后，其他相也由于先行放电而立即成为接通状态， 所以可以进一步减小断路器200的两相接通的时间差。
另外，根据图2， 22示出作为接通断路器200时的上述先4亍放电 的电压的预放电发生电压。在如上所述，当在对断路器200的极间施 加了电压的状态下接通断路器200时，在断路器200的接点机械地接 触之前发生被称为预放电的先行放电，从而成为电气接通状态。另夕卜， 由于断路器200的接点间距离越大，发生预放电的电压越大，所以如 图2的预放电发生电压22那样，相对时间向右下方下降。 (1. 4.与第一实施方式相关的其他实施方式) 另外，根据上述第一实施方式，稳定磁通计算单元602将由电源 电压测量单元601测量的各相电压变换为线间电压，并对其进行积分 而计算出各线间的磁通，但本发明还包括通过对由电源电压测量单元 601测量的各相电压进行积分而计算出各相的稳定时的磁通，并将各 相的磁通变换为线间的磁通的实施方式。另外，在VT等电源电压测 量用机器400中，具有在机器内将对地电压变换为线间电压的功能， 所以在该情况下，无需通过稳定磁通计算单元602变换为线间电压。
根据上述第一实施方式，残留磁通计算单元604将由变压器端子 电压测量单元603测量的各相电压变换为线间电压，并对其进行积分， 从而计算出各线间的磁通，但本发明还包含通过对由变压器端子电压 测量单元603测量的各相电压进行积分而计算出变压器300各端子的 残留磁通，并将其变换为线间的残留磁通的实施方式。另外，当在VT等变压器端子电压测量用机器500中将对地电压变换为线间电压 的情况下，无需通过残留磁通计算单元604变换为线间电压。
另外，在上述第一实施方式中，如图4所示，对将剩余一相的接 通时刻40设为从先行的两相接通开始大约两个循环后的例子进行了
方式。通过事先实施使用以EMTP为首的软件的解析、使用实际变压 器的测量，可以预先恰当地设定该40的时刻。
另夕卜，在上述图2以及图5示出的预放电发生电压中， 一般多存 在偏差，并且，即使在接通断路器200的情况下，也发生起因于操作 机构的动作偏差等的接通时间的偏差。此处，根据图2,包括上述预 放电发生电压的偏差以及断路器200的接通时间的动作偏差的预放电 发生电压如23所示。
因此，本发明还包含在通过预先取得上述那样的偏差的特性、并 对接通断路器200的相位进行控制的接通控制装置600中，考虑该偏 差的特性进行校正从而控制接通相位的实施方式。另外，如图2所示， 即使在断路器200的接通时刻具有如在23的范围中示出的预放电发 生电压的偏差的情况下，由于线间的稳定磁通与残留磁通之差不会显 著变化，所以通过上述实施方式抑制大的励磁突入电流是没有障碍 的。
(2.第二实施方式) 接下来，以下参照图6对第二实施方式的变压器的励磁突入电流 抑制装置进行说明。另外，图6是在图2的波形图中变更了接通断路 器200的时刻的图。
(2. 1.结构)
在第二实施方式中，由于三相变压器300、三相断路器200、以 及接通控制装置600的连接关系与上述第一实施方式相同，所以除了 下述的点以外，与上述第一实施方式的结构是共同的。
在第二实施方式中，设定接通控制装置600,以在三相变压器300 的各线间中的残留磁通最大的线间，作为稳定磁通与残留磁通的极性以及大小一致的相位，使与图2的20的时刻不同的20'的时刻成为断 路器200的两相接通的目标点。
具体而言，在接通控制装置600内的相位检测单元605中，在针 对各线间(UV、 VW、 WU相)每一个输入了来自上述稳定磁通计算 单元602的输出信号以及来自残留磁通计算单元604的输出信号时， 进行设定，以对由此得到的线间的稳定磁通与残留磁通成为同 一极性 以及大小的第二个相位进行检测。当然，不限于第二个，还可以对稳 定磁通与残留磁通成为同 一极性以及大小的其他时刻的相位进行检 测。
(2. 2.作用)
接下来，以下对具有上述结构的第二实施方式的作用的一个例子 进行说明。
首先，与第一实施方式同样地，由电源电压测量单元601通过电 源电压测量用机器400测量各相电压4~6,然后，稳定磁通计算单元 602将各相电压4~6变换为各线间电压7~9，并对其进行积分，从 而计算出各线间的；兹通10~ 12。另外，还可以通过对该各相电压4~ 6进行积分而计算出各相的稳定时的磁通，并将各相的磁通变换为线 间的f兹通10 12。
变压器端子电压测量单元603通过变压器端子电压测量用机器 500对各相(U、 V、 W相)的变压器300的端子电压进行测量，然后， 残留磁通计算单元604将由该变压器端子电压测量单元603测量的各 相电压变换为各线间电压，并对其进行积分，从而计算出各线间的残 留磁通13~15。另外，还可以通过对由变压器端子电压测量单元603 测量的各相电压进行积分而计算出各相的残留磁通，并将各相的残留 磁通变换为线间的残留磁通13~ 15。
然后，作为第二实施方式的特征，相位检测单元605接收各线间 的每一个的来自上述稳定磁通计算单元602的输出信号以及来自残留 磁通计算单元604的输出信号，对所得到的线间的稳定磁通与变压器 300各线间的残留磁通成为同一极性以及大小的笫二个地点的相位进行检测。如图6所示，如果在线间的残留磁通最大的UV之间进行观
察，则UV间的稳定磁通与残留磁通的交点为20、 2(T的时刻，作为 第二个时刻，由相位检测单元605检测出20'。
然后，接通指令控制单元606在由相位检测单元605检测出的成 为同一极性以及大小的第二个时刻的相位，先行接通两相的断路器 200。即，根据图6,接通指令控制单元606在20'的时刻同时接通断 路器200的U相以及V相这两相。
另外，相位检测单元605在由接通指令控制单元606先行接通了 两相的断路器200时，对该两相的线间电压同时成为零的时刻的相位 进行检测。即，对所接通的断路器200的U相以及V相的线间电压 同时成为零的40的时刻的相位进行检测。然后，接通指令控制单元 606在该40的时刻接通作为剩余的一相的W相的断路器200。
(2. 3.效果)
即使是上述那样的在线间的稳定磁通与残留磁通的极性以及大 d、一致的第二个时刻接通两相的断路器200的第二实施方式，根据与 第一实施方式同样的理由，也可以抑制大的励》兹突入电流(未图示)。
另夕卜，在第二实施方式中，如图6所示，即使在非有效接地系统 变压器中，在线间的稳定磁通与残留磁通的两个部位的交点中，可以 将作为第二个交点的20'的时刻设为两相的断路器200的接通目标， 所以可以提高断路器200的接通目标设定的自由度。
例如，当按照以往技术中示出的非专利文献1的方式，在有效接 地系统变压器中接通断路器的情况下，接通一相的断路器，之后，接 通剩余的两相的断路器。此处，关于决定首先接通的一相的断路器的 接通相位，根据专利文献2，通过考虑由预放电放电引起的电气接通， 如图7所示，该接通相位的范围表现为50。
另外，根据图7，说明了接通一次绕组被中性点接地的变压器时 的接通第一相的接通相位决定(参照专利文献2)。即，根据专利文 献2,在该50的范围中，即使存在预放电的偏差、断路器的动作偏差， 也可以缩小接通时刻的稳定磁通与残留磁通之差。但是，如图7所示，在51的范围中也存在稳定磁通与残留磁通
的交点、即也存在该稳定磁通与残留磁通成为同一极性以及大小的时
刻，当在该51的范围中考虑预放电的偏差、断路器的动作偏差时， 稳定磁通与残留磁通之差变大，所以设为接通目标是不恰当的。即， 在将该51的范围作为断路器的接通目标并进行接通的情况下，有可 能由于稳定磁通与残留磁通的差分而发生大的励磁突入电流。
这一点，根据本发明的第二实施方式，如上所述，在非有效接地 系统中，可以将稳定磁通与残留磁通的两个部位的交点的任意一个设 为接通目标，可以提高接通目标设定的自由度。
另外，如上述图6所示，在第二实施方式中，在作为断路器200 的接通目标的20'的时刻UV间的稳定磁通10与残留磁通13 —致， 但在该20'的时刻，断路器200的V相的极间电压2表示波高值附近， U相的极间电压1表示大致为0。但是，根据与上述笫一实施方式同 样的理由，由于在通过一相先行放电而成为接通状态之后其他相也由 于先行放电而立即成为电气接通状态，所以可以进行断路器200的两 相接通。
(2. 4.与第二实施方式相关的其他实施方式) 另夕卜，根椐上迷那样的第二实施方式，接通控制装置600内的相 位检测单元605对所得到的线间的稳定磁通与残留磁通成为同 一极性 以及大小的第二个相位进行检测，但本发明还包含如下所述的实施方 式。
具体而言，还包含如下实施方式相位检测单元605在针对各线 间(UV、 VW、 WU相)的每一个输入了来自上述稳定磁通计算单元 602的输出信号以及来自残留磁通计算单元604的输出信号时，检测 出全部、或预先设定的规定个数的线间的稳定磁通与残留磁通成为同 一极性以及大小的时刻。然后，接通指令控制单元606在由相位检测 单元605检测出的成为同 一极性以及大小的相位中，选择期望的时刻、 例如在图6中选择作为稳定磁通与残留磁通的第二个交点的20'的时 刻，并在该选择的时刻先行接通两相的断路器200。(3.第三实施方式) 接下来，以下参照图8对第三实施方式的变压器的励磁突入电流 抑制装置进行说明。另外，图8示出一次Y侧相电压以及线间电压、 与二次或三次A侧的对地电压以及线间电压的相位关系。
(3. 1.结构)
在第三实施方式中，由于三相变压器300、三相断路器200、以 及接通控制装置600的连接关系与上述第 一实施方式相同，所以除下 述的点以外与上述第一实施方式的结构是共同的。
在第三实施方式中，即使在未在变压器一次Y侧设置电压分压 装置，而无法由变压器端子电压测量单元603通过变压器端子电压测 量用机器500测量一次Y侧的变压器端子电压的情况下，也可以通过 测量二次或三次的A接线侧的对地电压来计算出一次Y侧的线间电 压。
具体而言，具有如下结构即使在未在变压器一次Y侧设置电 压分压装置的情况下，残留磁通计算单元604按照变压器300的Y侧 与A侧的相序关系，将由变压器端子电压测量单元603测量的A侧的 对地电压极性反转或者原样保持为相同，从而求出 一次Y侧的线间电 压，并对其进4亍积分，从而计算出线间的残留；兹通。 (3. 2.作用)
接下来，以下参照图8对具有上述结构的第三实施方式的作用的 一个例子进行说明。
首先，与第一实施方式同样地，由电源电压测量单元601通过电 源电压测量用机器400测量各相电压4~6，然后，稳定磁通计算单元 602将各相电压4~6变换为各线间电压7~9，并对其进行积分，从 而计算出各线间的磁通10~ 12。另外，还可以通过对该各相电压4~ 6进行积分而计算出各相的稳定时的磁通，并将各相的磁通变换为线 间的i兹通10~ 12。
此处，在第三实施方式中，变压器端子电压测量单元603通过变 压器端子电压测量用机器500对A侧的对地电压进行测量。然后，残留磁通计算单元604通过针对三相使由该变压器端子电压测量单元 603测量的A侧的对地电压的极性都反转，求出 一次Y侧的线间电压。
特別地，根据Y侧与A侧的相序关系为+30度的图8 (a)，例 如，A侧W相对地电压65的矢量方向与一次Y侧VW间线间电压8 相逆。另外，A侧V相对地电压64与Y侧UV间线间电压7的关系、 以及A侧U相对地电压63与Y侧WU间线间电压9的关系也同样地， 其矢量方向相逆。因此，通过由变压器端子电压测量单元603测量A 侧的对地电压，并由残留磁通计算单元604针对三相使其电压的极性 都反转，从而该A侧的对地电压的相位与一次Y侧的线间电压相同。
进而，该残留磁通计算单元604通过对该一次Y侧的线间电压 进行积分而计算线间/磁通。另外，以后的处理由于与上述第一实施方 式的处理相同，所以省略i兌明。
另一方面，根据Y侧与A侧的相序关系为-30度的图8(b), 例如，A侧V相对地电压64的矢量方向与一次Y侧UV间线间电压 7相同。另外，A侧U相对地电压63与Y侧WU间线间电压8的关 系、以及A侧W相对地电压65与Y侧VW间线间电压8的关系也 同样地，其矢量方向相同。
因此，通过由变压器端子电压测量单元603对A侧的对地电压 进行测量，并由残留磁通计算单元604针对三相使其电压的极性都相 同，而成为与一次Y侧的线间电压相同的相位。此后的处理与上述相 同。
(3. 3.效果)
根据上述第三实施方式，即使是未在变压器一次侧设置电压分压 装置，而无法由变压器端子电压测量单元603测量一次Y侧的端子电 压的情况下，也可以测量A侧的对地电压，并根据该电压计算出一次 侧各线间的磁通。因此，即使在这样的状况下，也可以与上述第一实 施方式同样地设定断路器200的接通目标，可以抑制流过大的励磁突 入电流。
另外，上述第一、第二实施方式中叙述的切断变压器300之后产生的直流电压、即中性点电压成为问题，但该中性点电压为零相电压，
不会对A侧造成任何影响。因此，通过对A侧的对地电压进行测量并 调整三相的极性而求出一次Y侧的线间电压，进而求出积分，可以取 得与测量一次Y侧的对地电压并求出线间电压，进而进行积分而计算 出磁通时相同的结果。
(4.第四实施方式) 接下来，以下参照图9以及图IO对第四实施方式的变压器的励 磁突入电流抑制装置进行说明。另外，图9是示出三相变压器、三相 断路器以及接通/断开控制装置的连接关系的框图，图IO是示出将三 台单相变压器连接为Y接线-A接线，并根据断开相位计算出用断路 器切断了该三相变压器时的线间的残留^兹通的一个例子的图。
(4， 1.结构)
在笫四实施方式中，如图9所示，电源母线100、三相断路器200、 电源电压测量用机器400的结构与第一实施方式的图1的结构是共同 的，但与第一实施方式的相异点在于，如下所述，三相变压器300的 结构、由接通控制装置600变更来的接通/断开控制装置600A的结构、 未设置变压器端子电压测量用机器500而具有可以拆卸的变压器端子 电压测量装置500A的结构。
在第四实施方式中，三相变压器300作为一个例子，其一次绕组 301被Y接线，二次绕组302被A接线，三次绕组303被A接线。
另外，在第四实施方式中，在通常的运用状态下对三相变压器 300的一次侧端子、二次侧端子或三次侧端子中的任意一个都未设置 变压器端子电压测量用机器500。取而代之，在一次侧端子上连接了 测量该端子电压的可以拆卸的变压器端子电压测量装置500A。
该变压器端子电压测量装置500A在通常的运用状态下拆卸，在 对与图10相当的线间的残留磁通的特性进行测量时连接，其详细内 容在后面叙述。另外，还可以永久地设置变压器端子电压测量装置 500A,还可以将该变压器端子电压测量装置500A与二次、或三次侧 端子连接。另外，在'第四实施方式中，其特征在于，在由接通控制装置600 变更来的接通/断开控制装置600A中，输入来自变压器端子电压测量 装置500A的输出电压，将断路器200切断多次，预先测量与图10相 当的变压器各线间的残留磁通相对于断路器的断开相位的特性，其详 细内容在后面叙述。在该接通/断开控制装置600A中，与上述接通控 制装置600的电源电压测量单元601~接通指令控制单元606的结构 是共同的，但新具备断开相位/残留磁通关系测量保持单元607 (对应 于本发明的"指令单元"、"测量保持单元")、断开相位控制单元608 以及断开指令输出单元609 (对应于本发明的"断开输出单元")。
该断开相位/残留磁通关系测量保持单元607对后述的断开相位 控制单元608发出指令，以在临时连接了变压器端子电压测量装置 500A的状态下将断路器200切断多次。进而，该断开相位/残留磁通 关系测量保持单元607具有如下功能通过变压器端子电压测量单元 603取得多次切断断路器200时的断开相位，并且，取得来自残留磁 通计算单元604的此时的线间的残留磁通，从而测量并保持该切断相 位与线间的残留磁通的关系。
断开相位控制单元608具有如下功能输入来自电源电压测量单 元601的输出与来自断开相位/残留磁通关系测量保持单元607的断开 断路器200的指令，并以一定间隔对断路器200的主接点的断开相位 进行控制。于是，断开指令输出单元609利用由断开相位控制单元608 以一定间隔控制的断开相位对驱动断路器200的主接点的操作机构输 出断开指令。
(4. 2.作用)
接下来，以下参照图10对具有上述结构的第四实施方式的作用 的一个例子进行说明。另外，在电力系统中一旦设置了断路器200以 及变压器300之后，该电力系统的电路条件(在图9的情况下，为从 电源母线100至三相变压器300的电路条件)总是相同的，所以通过 使断路器200切断时的相位成为恒定，三相变压器300各线间的残留 f兹通的值也恒定。首先，在第四实施方式中，在三相变压器300的通常的运用状态 下，在一次侧端子、二次侧端子或三次侧端子中的任意一个中都未设 置变压器端子电压测量用机器500，所以在临时连接了变压器端子电 压测量装置500A的状态下将断路器200切断多次，并预先测量与图 10相当的变压器各线间的残留磁通相对于断路器200的断开相位的特 性。
具体而言，例如在变压器端子电压测量装置500A与三相变压器 300的一次侧端子临时连接的状态下，断开相位/残留磁通关系测量保 持单元607对断开相位控制单元608发出指令以将断路器200切断多次。
断开相位控制单元608在取得了来自断开相位/残留磁通关系测 量保持单元607的切断断路器200的指令时，将断路器200的主接点 的断开相位控制为规定值。然后，断开指令输出单元609利用由断开 相位控制单元608控制的规定值的断开相位对驱动断路器200的主接 点的操作机构输出断开指令。
在切断了断路器200时，变压器端子电压测量单元603通过变压 器端子电压测量装置500A对变压器300的一次侧端子电压进行测量， 将所测量的电压的断开相位发送给断开相位/残留磁通关系测量保持 单元607。同时，残留磁通计算单元604将由变压器端子电压测量单 元603测量的各相的端子电压变换为各线间电压，并对其进行积分， 从而计算出各线间的残留磁通。另外，还可以通过对由变压器端子电 压测量单元603测量的各相电压进行积分而计算出各相的残留磁通， 并将各相的残留磁通变换为线间的残留磁通。
然后，断开相位/残留磁通关系测量保持单元607通过取得由变 压器端子电压测量单元603发送的电压的断开相位，并且取得来自残 留磁通计算单元604的残留磁通，来测量并保持该断开相位与残留磁 通的关系。另外，根据来自该断开相位/残留磁通关系测量保持单元 607的将断路器200切断多次的指令，反复进行以上那样的处理，从 而可以预先取得图10那样的根据一定间隔的断开相位计算出的变压器各线间的残留磁通的特性。
然后，使用通过以上那样的处理预先得到的线间的残留磁通，进
行与上述第一实施方式同样的处理。即，相位检测单元605检测各线 间的每一个的来自上述稳定磁通计算单元602的稳定磁通与该预先取 得的残留磁通为同一极性以及大小的相位，通过接通指令控制单元 606在该相位的时刻进行断路器200的两相接通。另外，在该预先取 得的残留磁通中，表示最大值或最小值的线间的该残留磁通用于此后 的与上述第一实施方式同样的处理中。
另外，在上述那样的测量变压器300的各线间的残留磁通的特性 的处理中，由于只要得到断开相位与线间的残留磁通的关系即可，所 以无需测量图10所示那样的详细的与断开相位对应的残留磁通的特 性。
(4. 3.效果)
根据上述那样的第四实施方式，可以在临时连接了变压器端子电 压测量装置500A的状态下，预先取得断路器200切断了变压器300 之后的残留磁通的特性。因此，只要有电源电压测量用机器400的电 压信息，则即使未设置变压器端子电压测量用机器500,也可以计算 出三相变压器300的稳定磁通，并可以利用该稳定磁通与所取得的线 间的残留磁通，来控制断路器200的相位接通。
即，由于在变电站中，在母线等中， 一定设置有母线电压的测量 装置等电源电压测量用机器400，所以只要有该电源电压测量用机器 400的电压信息，则即使未设置变压器端子电压测量用机器500，也 可以计算出变压器的稳定磁通，根据预先取得的与线间的残留磁通的 关系，可以起到上述第一实施方式具有的可以抑制大的励磁突入电流 的效果。
另外，如上所述，由于可以预先取得线间的残留磁通的特性，所 以每次切断时即使没有测量三相变压器300的端子电压，也可以得到 残留磁通与稳定磁通的关系，还可以推测各线间的残留磁通。
权利要求
1.一种变压器的励磁突入电流抑制装置，抑制通过利用三相的各断路器将三相变压器接通三相电源而励磁开始时所产生的励磁突入电流，在该三相变压器中，一次绕组被Y接线或Δ接线，二次绕组或三次绕组被Δ接线，其特征在于，具备稳定磁通计算单元，计算上述三相电源的线间的稳定磁通；残留磁通计算单元，在上述断路器切断了上述变压器时，计算该变压器的上述一次侧的线间的残留磁通；相位检测单元，输入由上述稳定磁通计算单元计算出的稳定磁通与由上述残留磁通计算单元计算出的残留磁通，针对每个线间检测极性以及大小一致的相位；以及接通控制单元，在由上述相位检测单元检测出的上述相位，接通连接在上述极性以及大小一致的上述线间的两相上述断路器，之后，接通剩余的一相上述断路器。
2. 根据权利要求1所述的变压器的励磁突入电流抑制装置，其 特征在于，上述稳定磁通计算单元通过将上述三相电源的各相电压变 换为线间电压，并对该线间电压进行积分而计算出线间的稳定磁通。
3. 根据权利要求1所述的变压器的励磁突入电流抑制装置，其 特征在于，上述稳定磁通计算单元通过直接测量上述三相电源的各线 间电压，并对该线间电压进行积分而计算出线间的稳定磁通。
4. 根据权利要求1所述的变压器的励磁突入电流抑制装置，其 特征在于，上述残留磁通计算单元通过测量上述三相变压器的二次侧 或三次侧的被A接线的绕组的各相的对地电压，并对该测量出的接地 电压进行积分而计算出上述一次侧的线间的残留磁通。
5. —种变压器的励磁突入电流抑制装置，抑制通过利用三相的 各断路器将三相变压器接通三相电源而励磁开始时所产生的励磁突 入电流，在该三相变压器中， 一次绕组被Y接线或A接线，二次绕组 或三次绕组被A接线，其特征在于，具备稳定磁通计算单元，计算上述三相电源的线间的稳定磁通； 残留磁通计算单元，在上述断路器切断了上述变压器时，计算该 变压器的上述一次、二次、三次侧中的任意一个的线间的残留磁通； 指令单元，对上述断路器发出断开指令；断开相位控制单元，根据来自上述指令单元的指令以一定间隔控制上述断路器的上述断开相位；断开输出单元，在由上述断开相位控制单元控制的一定间隔的断开相位处使上述断路器断开；测量保持单元，测量并保持通过上述断开输出单元断开的上述断 路器的断开相位、与此时的由上述残留磁通计算单元计算出的线间的 残留磁通的关系；相位检测单无，在由上述测量保持单元保持的上述线间的残留磁 通为规定值的该线间，检测该线间的上述稳定磁通与上述残留磁通的 极性以及大小一致的相位；以及接通控制单元，在由上述相位检测单元检测出的上述相位，接通 连接在上述极性以及大小一致的上述线间的两相上述断路器，之后， 接通剩余的一相上述断路器。
6. 根据权利要求1或5所迷的变压器的励磁突入电流抑制装置， 其特征在于，上述接通控制单元在接通了上述两相的断路器之后，在 规定时间之后在该两相的线间电压的零点接通剩余的一相上述断路 器。
7. —种变压器的励磁突入电流抑制装置的控制方法，抑制通过 利用三相的各断路器将三相变压器接通三相电源而励磁开始时所产 生的励磁突入电流，在该三相变压器中， 一次绕组被Y接线或A接线， 二次绕组或三次绕组被A接线，其特征在于，计算上述三相电源的线间的稳定磁通；在上述断路器切断了上述变压器时，计算该变压器的上述一次侧 的线间的残留磁通；检测上述线间的稳定磁通与该线间的残留磁通的极性以及大小一致的相位；在检测出上述极性以及大小的一致的上述相位，接通连接在上述 极性以及大小一致的上述线间的两相上述断路器，之后，接通剩余的 一相上述断路器。
8. —种变压器的励磁突入电流抑制装置的控制方法，抑制通过 利用三相的各断路器将三相变压器接通三相电源而励磁开始时所产 生的励磁突入电流，在该三相变压器中， 一次绕组被Y接线或A接线， 二次绕组或三次绕组被A接线，其特征在于，计算上述三相电源的线间的稳定磁通；在上述断路器切断了上述变压器时，计算出该变压器的上述一 次、二次、三次侧中的任意一个的线间的残留磁通；通过针对上述断路器的断开指令以一定间隔对上述断路器的上 述断开相位进行控制；在上述被控制的一定间隔的断开相位处使上述断路器断开；测量并保持上述断开的上述断路器的断开相位、与此时的线间的 残留磁通的关系；在上述保持的上述线间的残留磁通为规定值的该线间，检测该线 间的稳定磁通与残留磁通的极性以及大"、一致的相位；在检测出上述极性以及大小的一致的上述相位，接通连接在上述 极性以及大'J、一致的上述线间的两相上述断路器，之后，接通剩余的 一相上述断路器。
全文摘要
本发明提供一种变压器的励磁突入电流抑制装置及其控制方法，可以正确地计算设置于非有效接地系统中的变压器被断路器切断时的残留磁通，不会导致附加带电阻体的断路器等设备那样的断路器的大型化，而可以抑制在利用三台单相型断路器将三相的变压器接通电源时所产生的励磁突入电流。具备稳定磁通计算单元，计算三相电源的线间的稳定磁通；残留磁通计算单元，在断路器切断了变压器时，计算出该变压器的一次侧的线间的残留磁通；以及相位检测单元，检测计算出的线间的稳定磁通、与相同线间的计算出的残留磁通的极性以及大小一致的相位，接通控制单元在由该相位检测单元检测出的相位，接通连接上述线间的两相上述断路器，之后，接通剩余的一相上述断路器。
文档编号H02H9/02GK101609983SQ20091015030
公开日2009年12月23日 申请日期2009年6月19日 优先权日2008年6月20日
发明者二神浩一, 佐藤纯正, 斋藤实, 楠山宏, 腰冢正 申请人:株式会社东芝