专利名称：一种十二脉动换流变压器及其剩磁去除的方法和电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种变压器，尤其涉及的是一种十二脉动换流变压器及其剩磁去除的 方法及采用该十二脉动换流变压器的高压直流输电系统。
背景技术：
高压直流输电由于其特有的优点，比如长距离、大功率、异步联网、功率快速调节 性、潮流可控性、输电经济性等，越来越广泛地得到应用。为减小系统的谐波分量，利用变压器绕组的不同接法，为串接的两个换流器提供 两组幅值相等、相位相差30° (基波电角度)的三相对称的换相电压，以实现十二脉动换 流。图1所示为十二脉动换流变压器的接线，为反映十二脉动换流变压器(简称换流 变)内部相间短路故障、网侧单相接地短路及匝间层间短路故障，常采用大差比率差动保 护，该保护的保护范围为图1中Tl、T2换流变压器，其动作方程为差流U大于某个浮动的
门槛定值，差流IQP的计算公式为‘ 二乂义义乂分别为^换流
变压器网侧、阀侧电流互感器二次侧的电流，如图1所示。由于高压试验等因素的影响，造成Y/Y和Y/A换流变的剩磁不同，当合上开关1 或开关2，对十二脉动换流变压器同时充电时，可能会使保护范围为Y/Y和Y/ A两组变压器 的差动保护(大差保护)差动电流为对称性涌流，励磁涌流衰减缓慢，该大差保护的差动电 流接近于奇对称波形，非周期分量较小，偶次谐波含量小，保护会误动，从而造成部分高压 直流输电系统的不可用，输送功率降低。现有的防止十二脉动换流变压器充电时保护产生误动作的方法主要有两种1)采用同期合闸装置使换流变压器三相在90°分合间，优化换流变压器的充电工况，尽可能从源头上 消除过大励磁涌流的产生。该方法的不足之处由于对称性涌流的产生不仅和换流变压器的合闸角度有关， 同时还和Y/Y和Y/A换流变压器的剩磁有关，而同期合闸装置不区分Y/Y和Y/A换流变 压器的剩磁大小，只是固定的在90°分合闸，不能解决Y/Y和Y/A换流变压器的剩磁不同 造成的对称性涌流问题。2)软件中完善励磁涌流闭锁方案在变压器充电时，某相励磁涌流可能不再偏离时间轴的一侧，变成了对称性涌流， 但是其它两相仍为偏离时间轴一侧的非对称性涌流。非对称性涌流仍含有大量的非周期分 量，其涌流特征明显，因而当检测到任一相有励磁涌流特征时，即闭锁三相的差动保护，从 而防止保护产生误动作。该方法的不足之处十二脉动换流变压器充电时，保护检测到的电流是Y/Y和Y/ A换流变励磁涌流的叠加，不同于常规变压器仅为本组变压器的励磁涌流，因而十二脉动 换流变压器非对称性涌流的特征不同于常规变压器非对称性涌流的特征，可能形成三相对
3称性涌流，造成三相的差动电流均无明显的励磁涌流特征，从而造成大差保护误动。因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种十二脉动换流变压器，旨在解决剩磁造成的十二脉动 换流变压器充电时可能形成三相对称性涌流，造成三相的差动电流均无明显的励磁涌流特 征，从而造成大差保护误动的问题。本发明的技术方案如下一种十二脉动换流变压器的剩磁去除电路，其包括直流电源、可变电阻、第一直流 电流表、第二直流电流表、双刀双掷开关、第一开关、第二开关、第三开关和固定电阻；所述 直流电源串联连接可变电阻和第一直流电流表组成输入电路，所述输入电路的两端正向连 接双刀双掷开关的端子A，所述输入电路还反向接入所述双刀双掷开关的端子B ；所述双刀 双掷开关的端子C连接到变压器上；所述第二直流电流表、固定电阻和第一开关K1依次连 接，且并联连接在所述双刀双掷开关的端子C上；所述第二开关并联连接在可变电阻上，所 述第三开关并联连接在第二直流电流表上。所述的十二脉动换流变压器的剩磁去除电路，其中，所述换流变压器为单相变压 器，当进行A相去磁试验时，所述双刀双掷开关的端子C连接到A相变压器高压绕组两端。所述的十二脉动换流变压器的剩磁去除电路，其中，所述换流变压器为三相变压 器，所述双刀双掷开关的端子C分别连接到三相变压器的AB和BC端。一种十二脉动换流变压器的剩磁去除方法，其中，按照直流电阻试验时的接线，依 次在正、反向通入直流电流，并逐渐减小，缩小铁心的磁滞回环，达到消除剩磁的目的，其具 体步骤包括步骤S100 断开双刀双掷开关K和第一开关K1，闭合第三开关K3和K2，进入被试 验换流变充电准备阶段，然后将双刀双掷开关K接至端子A，等待第一直流电流表A1的读数 达预计值； 步骤S200 闭合第一开关K1，断开第二开关K2，进入被试换流变放电准备阶段，然 后将双刀双掷开关K和第三开关K3断开，利用第二直流电流表A2监视放电过程，等待第二 直流电流表A2的读数接近零时，断开第一开关K1，放电过程结束；步骤S300 设定通入的直流电流的预计值，并重复步骤S100和步骤S200。所述的十二脉动换流变压器的剩磁去除方法，其中，步骤S100中所述的预计值的 初始值为5A。所述的十二脉动换流变压器的剩磁去除方法，其中，步骤S300中设定通入的直流 电流的预计值的具体设定方法为为每次通入的直流电流设定一个降低幅度，所述降低幅 度可设定为上一步中的预计值的5-10 %。所述的十二脉动换流变压器的剩磁去除方法，其中，步骤S300中设定通入的直流 电流的预计值的具体设定方法为为每次通入的直流电流设定一个降低幅度，所述降低幅 度为初始预计值的5-10%。一种十二脉动换流变压器，其中，所述十二脉动换流变压器中包括权利要求1至3 中所述去磁电路。
4
本发明的有益效果本发明通过规定直阻试验的接线方式和直流测量电流大小、 方向，并且在高压试验后对十二脉动换流变压器进行直流去磁工作，按照设定的逐步降低 去磁变向直流电流，多次施加后达到去除剩磁的效果，确保了换流站的安全稳定运行，也避 免了保护误动作产生后的油化试验等工作，确保换流变压器的可靠运行，实现高压直流输 电系统的长期安全稳定运行。该方法具备实施简易、可靠去磁、防止保护误动作产生的优 点o
图1是现有的十二脉动换流变压器的接线图；图2是十二脉动换流变压器空充前的等效电路图；图3是本发明实施例提供的十二脉动换流变压器直流去磁接线图；图4是本发明实施例提供的十二脉动换流变压器直流去磁方法流程图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对 本发明进一步详细说明。十二脉动换流变压器空充前的等效电路图如图2所示，为星角变，T2为星星变， K为开关。！^、!^。、! …、!^、!^。、!^。分别为1\、T2励磁电感、原副边漏电感、线圈电阻，Ls、 Rs为系统电感、电阻。设系统电源电压Us(e) = Umsin(0), i:、i2分别为变压器两侧电 流，参考方向都为母线指向变压器；is为从系统电流，参考方向为系统指向母线。叫和叫
为和T2的铁芯磁链。当K合上后，、T2的磁通满足l = Us-Ls$-Rsis-Lj^-R“........................................ ( 1 )^ = Us-L^-Rsis-L2c,^-R2J2......................................... (2)显然，在合闸以前有“ =0、i2 = 0，方程两边同时积分，并考虑一个周波内磁通的
变化。由于励磁涌流ii、i2、is是近似周期函数，l、^1、"^1 一个周波内积分近似为0，则有
at at at
InIk2K+ \usd6-Rs \{ix+i2)d0-RXa \ixdd.............................. ( 3 )
0 0 0 2 r272TT么(洲=么(o)+ \Usd0-Rs \(il+i2)d0~R2a \i2d9............................. ( 4 )
0 0 0由于励磁涌流ii、i2存在间断角，且偏向时间轴的一侧，故ii、12中含有非周期分 量，设ilf、i2f分别为ii、i2的非周期分量的平均值。由式(3-4)可得一周波内两变压器磁 通(j51(2n)=小 1(0)-2JiRs(ilf+i2f)-2JiRloilf..................................(5)<j52(2 ) = 2(0)-2 3i Rs(ilf+i2f)-2 3i R2o i2f..................................(6)将公式(5)减去公式(6)，考虑到并联的2组变压器队。 R2。，得
小1(2 厂小 2(2力=-^2 "2Rio iif+2 n R,0 i2f..................................(7)^ ^ i(o)"^2(0)"2 31 Rio (iif"i2f)从上面公式可知，若T1、T2初始状况相差不大，O1(0)和相同，ilf和i2f相同 时，o1(2n)和也相同，十二脉动换流变空充涌流特征和单台换流变空充特征相似。然 而，若十二脉动2组换流变开关合上前，O1(0)-O2(0)的绝对值较大，则由公式(7)可知，稳定 并列运行状态下叫=，则必然存在一个叫w的衰减过程，而且该衰减过程只和 队。和R2。相关，和系统阻抗无关。形成较大Okco-OM)的原因有充电前剩磁不一致(例如直流电阻试验后)；或 变压器一合上后从中性点就流过稳态的直流电流，存在直流偏磁且不一致。为了实现本发明的目，首先要减少换流变首次充电前的剩磁，且确保十二脉动换 流变剩磁方向相同。因为变压器的铁心为高导磁的铁磁材料，铁芯材料均具有磁滞特性，当在铁磁材 料上产生磁场后，去除产生磁场的激励源，铁芯中仍将残存一定的磁场。变压器的剩磁一般 是由开关分闸以及直流电阻测试产生的。运行变压器分闸时，由于系统三相电压间存在120°相角，开关切断电源时，因相 差的关系，各相均存在一定的电压，因而，变压器铁芯中也会存在一定的剩磁，该情况形成 的剩磁一般小于变压器的额定磁通。对一般高压直流换流变，正常运行时励磁电流约为1A， 换流变额定励磁时，铁芯的磁通基本接近饱和拐点。而换流变直流电阻测试时，现场一般采用的电流为5A。在某些施工条件下为加快 测量速度，采用了更大的直流电流进行测量。因此，直流电阻测试时，变压器铁芯中的磁场 一般已经饱和，故测量直流电阻后，变压器铁芯中的剩磁较大。从上述两种情况产生的剩磁 看，绕组直流电阻测量产生的剩磁要严重得多。这给换流变压器的首次充电带来极大的隐
串
)Qi、O为解决上述问题，可以采用小容量的直流电源进行换流变压器直阻测量，尽可能 地减少绕组上的剩磁。在保证绕组直流电阻测量精度的前提下，网侧直阻测量首先采用 2. 5A直流电源进行，如不能保证测量精度，可增加测量电流至5A。在直阻试验的作业指导 书中，所有换流变压器直阻试验的接线方式和直流测量电流方向需一致，防止形成反方向 的剩磁。测量结束后对换流变压器进行去磁工作。图3所示为直流去磁电路的接线图，在换流变压器高压试验后进行去磁实验时和 变压器连接，进行直流去磁后拆除。所述去磁电路包括直流电源E、可变电阻R1、第一直流 电流表A1、第二直流电流表A2、双刀双掷开关K、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和 固定电阻R。所述直流电源E的两端串联连接可变电阻R1和第一直流电流表A1组成输入 电路，所述输入电路的两端正向连接双刀双掷开关K的端子A，所述输入电路还反向接入所 述双刀双掷开关K的端子B。所述双刀双掷开关K的端子C连接到变压器上。所述第二直 流电流表A2、固定电阻R和第一开关K1依次连接，然后并联连接在所述双刀双掷开关K的 端子C上。所述第二开关K2并联连接在可变电阻R1上，所述第三开关K3并联连接在第二 直流电流表A2上。本发明实施例提供的直流去磁电路中，所述直流电源E为12V的蓄电池；所述可变 电阻R1的组织范围是0-100欧姆；所述第一直流电流表和第二直流电流表A1、A2的测量范围为5-10安培；所述双刀双掷开关K打到端子A上时，所述去磁电路为正向输入状态；所述 双刀双掷开关K打到端子B上时，所述去磁电路为反向输入状态。所述固定电阻R的阻值 为200欧姆。采用直流去磁方法，按照直流电阻试验时的接线，依次在正、反向通入直流电流， 并逐渐减小，缩小铁心的磁滞回环，达到消除剩磁的目的。例如，若换流变压器为单相变压器，当进行A相去磁试验时，在被试A相变压器高 压绕组两端(A相套管对中性端套管)通入直流电流，如图3所示；若换流变压器是三相变 压器则可分别在AB和BC端，通入直流电流。所述直流电流的方向与测试绕组直流电阻时 的方向相反。例如首先通入5A的直流电流后，闭合K1，断开K，等待第二直流电流表A2的 数降至“零”;再通入4. 7A相反方向直流电流后，闭合K1，断开K，等待第二直流电流表A2的 数降至“零”；每次通入的电流降低的大小为初始幅值5-6%，依次类推，直至第一电流表的 电流值为0. 05A以下时，直流去磁步骤结束，去磁工作完成。参见图4，所述剩磁去除方法的具体操作步骤如下步骤S100 断开双刀双掷开关K和第一开关K1，闭合第三开关K3和K2，进入被试 验换流变充电准备阶段，然后将双刀双掷开关K接至端子A，等待第一直流电流表A1的读数 达预计值；在进行第一次充电时，所述预计值为初始预计值，该初始预计值可根据换流变预 防性试验规程直阻试验电流相应调整，如500kV换流变的预计值为5A。步骤S200 闭合第一开关K1，断开第二开关K2，进入被试换流变放电准备阶段，然 后将双刀双掷开关K和第三开关K3断开，利用第二直流电流表A2监视放电过程，等待第二 直流电流表A2的读数接近零时，断开第一开关K1，放电过程结束；步骤S300 设定通入的直流电流的预计值，并重复步骤S100和步骤S200。为所述通入的直流电流设定一个降低幅度，所述降低幅度可设定为上一步中的 预计值降低约5-10%，即是一个动态值；也可以设定为一个定值，如设定为初始预计值的 5-10%。若上一步骤中预计值为5A，本步骤中的预计值可设置为4. 7A。直流去磁试验的时间即重复步骤S100和步骤S200的次数主要取决于绕组直流电 阻测量的测试电流，以及每次施加直流降低的步进幅度。具体时间还需根据不同变压器的 直流充电时间确定，经过试验去磁的时间约相当于直流电阻测量时间的2-3倍。本发明通过规定直阻试验的接线方式和直流测量电流大小、方向，并且在高压试 验后对十二脉动换流变压器进行直流去磁工作，按照设定的逐步降低去磁变向直流电流， 多次施加后达到去除剩磁的效果，确保了换流站的安全稳定运行，也避免了保护误动作产 生后的油化试验等工作，确保换流变压器的可靠运行，实现高压直流输电系统的长期安全 稳定运行。该方法具备实施简易、可靠去磁、防止保护误动作产生的优点。应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可 以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保 护范围。
权利要求
一种十二脉动换流变压器的剩磁去除电路，其特征在于，包括直流电源、可变电阻、第一直流电流表、第二直流电流表、双刀双掷开关、第一开关、第二开关、第三开关和固定电阻；所述直流电源串联连接可变电阻和第一直流电流表组成输入电路，所述输入电路的两端正向连接双刀双掷开关的端子A，所述输入电路还反向接入所述双刀双掷开关的端子B；所述双刀双掷开关的端子C连接到变压器上；所述第二直流电流表、固定电阻和第一开关K1依次连接，且并联连接在所述双刀双掷开关的端子C上；所述第二开关并联连接在可变电阻上，所述第三开关并联连接在第二直流电流表上。
2.根据权利要求1所述的十二脉动换流变压器的剩磁去除电路，其特征在于，所述换 流变压器为单相变压器，当进行A相去磁试验时，所述双刀双掷开关的端子C连接到A相变 压器高压绕组两端。
3.根据权利要求1所述的十二脉动换流变压器的剩磁去除电路，其特征在于，所述换 流变压器为三相变压器，所述双刀双掷开关的端子C分别连接到三相变压器的AB和BC端。
4.一种十二脉动换流变压器的剩磁去除方法，其特征在于，按照直流电阻试验时的接 线，依次在正、反向通入直流电流，并逐渐减小，缩小铁心的磁滞回环，达到消除剩磁的目 的，其具体步骤包括步骤S100 断开双刀双掷开关K和第一开关K1，闭合第三开关K3和K2，进入被试验换 流变充电准备阶段，然后将双刀双掷开关K接至端子A，等待第一直流电流表A1的读数达预 计值；步骤S200 闭合第一开关K1，断开第二开关K2，进入被试换流变放电准备阶段，然后将 双刀双掷开关K和第三开关K3断开，利用第二直流电流表A2监视放电过程，等待第二直流 电流表A2的读数接近零时，断开第一开关K1，放电过程结束；步骤S300 设定通入的直流电流的预计值，并重复步骤S100和步骤S200。
5.根据权利要求4所述的十二脉动换流变压器的剩磁去除方法，其特征在于，步骤 S100中所述的预计值的初始值为5A。
6.根据权利要求4所述的十二脉动换流变压器的剩磁去除方法，其特征在于，步骤 S300中设定通入的直流电流的预计值的具体设定方法为为每次通入的直流电流设定一 个降低幅度，所述降低幅度可设定为上一步中的预计值的5-10%。
7.根据权利要求5所述的十二脉动换流变压器的剩磁去除方法，其特征在于，步骤 S300中设定通入的直流电流的预计值的具体设定方法为为每次通入的直流电流设定一 个降低幅度，所述降低幅度为初始预计值的5-10%。
8.一种十二脉动换流变压器，其特征在于，所述十二脉动换流变压器中包括权利要求 1至3中所述的去磁电路。
全文摘要
本发明公开了一种十二脉动换流变压器及其剩磁去除方法和电路，其方法原理是按照直流电阻试验时的接线，依次在正、反向通入直流电流，并逐渐减小，缩小铁心的磁滞回环，达到消除剩磁的目的。采用本发明可确保换流变压器的可靠运行，实现高压直流输电系统的长期安全稳定运行，该方法具备实施简易、可靠去磁、防止保护误动作产生的优点。
文档编号H02P13/00GK101951221SQ20101029286
公开日2011年1月19日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者张兴华, 张楠, 王海军, 田庆, 程江平 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心