专利名称：一种三相变压器励磁涌流的产生装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种三相变压器励磁涌流的产生装置及方法，属于电力系统应用实验研究技术领域。
背景技术：
变压器空载运行时，其一侧绕组(高压或低压)带电，其它绕组开路。绕组中的电流为励磁电流，铁心中的磁通为工作磁通Φπι。当合闸瞬间电压为零值时，它在铁芯中所建立的稳态磁通最大值为(一 Φπ )。由于铁芯中的磁通不能突变，且合闸前铁芯中磁通为零，则合闸后瞬间也应保持磁通为零。因此，此时刻在铁芯中就出现一个非周期分量的瞬态磁通otr，其幅值为Φ 。这时，铁芯里的总磁通φ应看成两个磁通叠加而成。铁芯中磁通开始为零，到1/2 T时，两个磁通相 加达最大值，Φ波形的最大值是接近Φπι的两倍。如果合闸时铁芯中有剩磁Φγ，且Φγ的极性与Otr相同。磁通Φ还会更大，超过铁心的饱和磁通Os。这种状态使变压器产生瞬时峰值很大的励磁涌流。对大型电力变压器而言，稳态的励磁电流只有额定工作电流的千分之几。这种励磁涌流其幅值可能达到励磁电流的几千倍，达到额定电流的几倍或几十倍。这就使得变压器空载合闸，或断电后恢复电压时，断路器往往动作跳闸，致使电力变压器不能正常及时的投运；保护装置跳闸，同时大的涌流对绕组产生大的电动力，可能引起绕组受力变形损坏等。断开大的励磁涌流可能引起过电压，其值超过一般电网的操作冲击电压，对变压器的绝缘造成危害。励磁涌流引起铁心过饱和，由于铁心硅钢片的磁致伸缩效应，变压器振动和噪音会增大，危害变压器。同时，变压器空投产生的励磁涌流，诱发邻近其他电站正在运行的变压器产生“和应涌流”而误跳闸，造成大面积停电；励磁涌流中的直流分量导致电流互感器磁路被过度磁化而大幅降低测量精度和继电保护装置的正确动作率；励磁涌流中的大量谐波对电网电能质量造成严重的污染。为了在试验室完成励磁涌流的产生机理和抑制措施的研究工作，本领域急需一种三相变压器励磁涌流的产生装置及方法，便于在实验室对三相变压器励磁涌流进行研究。
发明内容
本发明目的是提供一种三相变压器励磁涌流的产生装置及方法，用于研究励磁涌流的产生情况。以研究解决三相变压器空载合闸时引入大的励磁涌流，引起电力系统的不稳定的问题。通过此参数的研究考察，制定变压器的保护装置的整定数值，解决背景技术中存在的上述问题。本发明的技术方案是:
一种三相变压器励磁涌流的产生装置，包括断路器、晶闸管、交流接触器、合分闸控制触发板和三相变压器组，三组反向并联的两个晶闸管和一个交流接触器并联组成一个复合开关，串联在三项变压器的前端与断路器之间；通过合分闸控制触发板给出触发信号，使晶闸管在规定的相位角触发，实现在需要的电压相位角时合闸；合分闸控制触发板产生不同的电压合闸相位角，产生不同的励磁涌流值；同时，晶闸管第一个周期内电流连续，一个周期后关断晶闸管，交流接触器在晶闸管合闸后的一个周期内合闸成功，保证电流的连续性，由交流接触器实现分闸控制。本发明还设有上位机，控制合分闸控制触发板产生不同的电压合闸相位角，产生不同的励磁涌流值。本发明还设有测控系统，包含示波器、电流表钳和电压表钳，用示波器配合电流表钳和电压表钳进行电压采集和电流采集，完成对励磁涌流测量。—种使用上述装置产生三相变压器励磁涌流的方法，通过合分闸控制触发板给出触发信号，使晶闸管在规定的相位角触发，实现在需要的电压相位角时合闸；合分闸控制触发板控制不同的电压合闸相位角合闸，会产生不同的励磁涌流值；同时，晶闸管第一个周期内电流连续，一个周期后关断晶闸管，交流接触器在晶闸管合闸后的一个周期内合闸成功，保证电流的连续性，由交流接触器实现分闸控制。还设有上位机，控制合分闸控制触发板的工作。通过包含不波器、电流表钳和电压表钳的测控系统，用不波器配合电流表钳和电压表钳进行电压采集和电流采集，完成对励磁涌流测量。本发明适合在试验室内完成相关的研究任务，脱离大型电力系统不安全、不适合研究的场所。本发明的有益效果是1、复合开关实现励磁涌流控制，稳定性、安全性更高；2、励磁涌流的峰值可控；通过控制晶闸管的导通角，可以控制励磁涌流的大小；3、在低电压的安全条件下，模拟电力系统励磁涌流的状况，分析各种励磁涌流工况；4、形成可读取数据的励磁涌流波形，可与计算结果进行比较，便于计算与试验的比对验证，保证研究工作的正确性、可靠性。
图1为本发明的实现励磁涌流产生的系统示意 图2为本发明触发电路的原理 图3为本发明的电压过零检测单元；
图4为本发明的通信单元；
图5为本发明的驱动单元；
图6为本发明的复合开关控制软件流程图。
具体实施例方式以下结合附图，通过实施例对本发明做进一步说明。参照图1，在实施例中，一种三相变压器励磁涌流的产生装置，包括断路器、晶闸管、交流接触器、合分闸控制触发板和三相变压器组，三组反向并联的两个晶闸管和一个交流接触器并联组成一个复合开关，串联在三项变压器的前端与断路器之间；通过合分闸控制触发板给出触发信号，使晶闸管在规定的相位角触发，实现在需要的电压相位角时合闸；合分闸控制触发板产生不同的电压合闸相位角，产生不同的励磁涌流值；同时，晶闸管第一个周期内电流连续，一个周期后关断晶闸管，交流接触器在晶闸管合闸后的一个周期内合闸成功，保证电流的连续性，由交流接触器实现分闸控制。
本发明还设有上位机，控制合分闸控制触发板产生不同的电压合闸相位角，产生不同的励磁涌流值。一种三相变压器励磁涌流的产生方法断路器先合闸，保证系统只受负荷开关控制合闸和分闸；上位机通过串口通信向合分闸控制触发板上的单片机发出合闸相位角设定值，单片机利用数据采集功能，采集主电路电压信号，在交流电压正向过零后，控制正向晶闸管的触发角来产生不同相位的励磁涌流，反向晶闸管电压过零触发续流，同时接通交流接触器保持电路的联通；等系统稳定后，通过上位机向合分闸控制触发板上的单片机发出分闸相位角设定值，单片机控制断路器或晶闸管分闸时刻形成不同的剩磁；这样既保证了合闸相位的精确可控，又消除晶闸管在每个周期开关动作可能带来的不良影响；复合开关，两个反向并联的晶闸管和交流接触器并联组成一组，共三组，控制电压合闸相位角，三相变压器高压侧或低压绕组串联入复合开关，另一侧绕组开路或短路，形成空载或短路状态，用于产生不同状态的励磁涌流。参照图2，图2为合分闸控制触发板电路原理框。合分闸控制触发板由单片机、电压过零检测单元、通信单元、驱动单元、脉冲变压器组成。电压过零检测单元由电压互感器、运算放大器组成，如图3所示。该单元将系统交流高电压信号转换为低压方波信号，可以较为准确的获得系统电压过零点时刻。系统220V交流电压从电压过零检测单输入端口(U_A1、U_A2)输入，波形如图6中正弦曲线所示。经过U9电磁式电流型电压互感器转换为电流信号，在经过由U5运算放电器构成的信号调理电路和偏移电路，形成交流正弦信号，在经过UlO的过零检测电路，形成方波信号从zero_crol端口输出。通信单元是上位机与单片机信息交换的通道，上位机利用操作界面设定合闸相位角之后，转换为串口通信信号，通过通信单元转换为单片机可以识别的信号，这样单片机就可以按设定值触发晶闸管和交流接触器。通信单元分别由美信的MAX3223和ADM2483为核心组成两种通讯方式，如图4所示。两种方式可以实现一个上位机对多个单片机的协同控制，完成更多的试验内容。驱动单元由高速光耦合器6N137、晶体管9013、达林顿管BU406组成，如图5所示。由于单片机驱动能力小、耐压低，不能提供晶闸管触发所需的电流、电压值，所以单片机发出的触发信号需要通过驱动单元进行隔离放大，才能触发晶闸管开通。单片机输出的脉冲信号经过高速光耦合器6N137隔离，再经过晶体管9013、达林顿管BU406组成的两级功放，驱动脉冲变压器原边线圈，完成了小信号的隔离放大功能。脉冲变压器采用单脉冲触发方式。经过驱动电路放大的驱动脉冲信号从脉冲变压器原边耦合到付边，通过端子JP1、JP2连接到正向和反向晶闸管门极，触发晶闸管开通。经过脉冲变压器隔离，既保证了高压大电流晶闸管能够有效开通，又使系统的高压大电流与合分闸控制触发板隔离开，是整个合分闸控制触发板可靠、安全的运行。复合开关控制软件流程图如图6所示。本发明在低电压的安全条件下，模拟电力系统励磁涌流的状况，分析各种励磁涌流工况。形成可读取数据的励磁涌流波形，可与计算结果进行比较，便于计算与试验的比对验证，通过复合开关的应用，进一步保证研究工作的正确性和可靠性。
权利要求
1.一种三相变压器励磁涌流的产生装置，其特征在于:包括断路器、晶闸管、交流接触器、合分闸控制触发板和三相变压器组，三组反向并联的两个晶闸管和一个交流接触器并联组成一个复合开关，串联在三项变压器的前端与断路器之间；通过合分闸控制触发板给出触发信号，使晶闸管在规定的相位角触发，实现在需要的电压相位角时合闸；合分闸控制触发板产生不同的电压合闸相位角，产生不同的励磁涌流值；同时，晶闸管第一个周期内电流连续，一个周期后关断晶闸管，交流接触器在晶闸管合闸后的一个周期内合闸成功，保证电流的连续性，由交流接触器实现分闸控制。
2.根据权利要求1所述的一种三相变压器励磁涌流的产生装置，其特征在于:还设有上位机，控制合分闸控制触发板产生不同的电压合闸相位角，产生不同的励磁涌流值。
3.根据权利要求1或2所述的一种三相变压器励磁涌流的产生装置，其特征在于:还设有测控系统，包含示波器、电流表钳和电压表钳，用示波器配合电流表钳和电压表钳进行电压采集和电流采集，完成对励磁涌流测量。
4.一种使用权利要求1所限定的装置产生三相变压器励磁涌流的方法，其特征在于通过合分闸控制触发板给出触发信号，使晶闸管在规定的相位角触发，实现在需要的电压相位角时合闸；合分闸控制触发板控制不同的电压合闸相位角合闸，会产生不同的励磁涌流值；同时，晶闸管第一个周期内电流连续，一个周期后关断晶闸管，交流接触器在晶闸管合闸后的一个周期内合闸成功，保证电流的连续性，由交流接触器实现分闸控制。
5.根据权利要求4所述的一种三相变压器励磁涌流的产生方法，其特征在于:还设有上位机，控制合分闸控制触发板的工作；通过包含示波器、电流表钳和电压表钳的测控系统，用示波器配合电流表钳和电压表钳进行电压采集和电流采集，完成对励磁涌流测量。
6.根据权利要求5所述的一种三相变压器励磁涌流的产生方法，其特征在于:断路器先合闸，保证系统只受负荷开关控制合闸和分闸；上位机通过串口通信向合分闸控制触发板上的单片机发出合闸相位角设定值，单片机利用数据采集功能，采集主电路电压信号，在交流电压正向过零后，控制正向晶闸管的触发角来产生不同相位的励磁涌流，反向晶闸管电压过零触发续流，同时接通交流接触器保持电路的联通；等系统稳定后，通过上位机向合分闸控制触发板上的单片机发出分闸相位角设定值，单片机控制断路器或晶闸管分闸时刻形成不同的剩磁；这样既保证了合闸相位的精确可控，又消除晶闸管在每个周期开关动作可能带来的不良影响；复合开关，两个反向并联的晶闸管和交流接触器并联组成一组，共三组，控制电压合闸相位角，三相变压器高压侧或低压绕组串联入复合开关，另一侧绕组开路或短路，形成空载或短路状态，用于产生不同状态的励磁涌流。
全文摘要
本发明涉及一种三相变压器励磁涌流的产生装置及方法，属于电力系统应用实验研究技术领域。技术方案是三组反向并联的两个晶闸管和一个交流接触器并联组成一个复合开关，串联在三项变压器的前端与断路器之间；通过合分闸控制触发板给出触发信号，使晶闸管在规定的相位角触发，实现在需要的电压相位角时合闸；合分闸控制触发板产生不同的电压合闸相位角，产生不同的励磁涌流值。本发明在低电压的安全条件下，模拟电力系统励磁涌流的状况，分析各种励磁涌流工况。形成可读取数据的励磁涌流波形，可与计算结果进行比较，便于计算与试验的比对验证，通过复合开关的应用，进一步保证研究工作的正确性和可靠性。
文档编号H02M5/257GK103078517SQ20121057799
公开日2013年5月1日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者赵志强, 刘兰荣, 王伟, 张晓光, 刘玉龙, 车福来 申请人:保定天威集团有限公司