基于分级电阻抑制变压器直流偏磁电流的方法及装置与流程

本发明属于电网安全与防灾减灾技术领域。提供了一种基于分级电阻抑制变压器直流偏磁电流的方法及装置，防御变压器和电网发生事故。

背景技术：

当一定量值的准直流或直流电流流入变压器时，会造成变压器铁芯的直流偏磁饱和。变压器直流偏磁饱和会次生谐波、温升和振动、噪声增大等有害干扰，威胁变压器和电网的安全运行，以至发生严重的电网停电事故。

目前，在交流电网中出现准直流或直流电流、造成变压器直流偏磁饱和的原因包括：地磁暴、直流输电接地极和地铁直流牵引网等原因。这些原因造成的偏磁电流起因虽然不同，但对变压器和电网的危害机理相同。受地磁暴的强度不同、直流输电接地极和地铁直流牵引网相距变电站的距离不同等因素的影响，在电网产生和流入电网变压器的直流偏磁电流的量值不同是这些原因干扰的共同特点。根据变压器直流偏磁电流的量值的不同，本发明提供了一种电阻分级接入变压器中性点，抑制地磁暴和直流输电等原因直流偏磁电流的方法及装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对不可预测、量值不同的直流偏磁电流，设计一种电阻分级接入变压器的中性点，抑制变压器直流偏磁电流的方法及装置。

本发明的技术方案是：一种基于分级电阻抑制变压器直流偏磁电流的装置，包括：可编程序逻辑控制器plc，抑制电阻r1和r2，开关kg1和kg2，交流电流互感器ta1和直流电流传感器ta2，以及石墨烯放电间隙k；所述可编程序逻辑控制器plc控制所述开关kg1和kg2的通断，所述开关kg1控制抑制电阻r1的接入或断开；所述开关kg2控制抑制电阻r2的接入或断开；所述直流电流传感器ta2通过可编程序逻辑控制器plc实施开关kg1的通断；所述交流电流互感器ta1用于检测变压器中性点的不平衡电流，并传递给可编程序逻辑控制器plc记录；所述石墨烯放电间隙k与抑制电阻r1和r2以及开关kg1和kg2并联连接。

进一步，所述装置通过闸刀开关zd2和闸刀开关zd1与变压器的中性点通断。

进一步，所述抑制电阻r2的电阻值等于r1的2倍。

进一步，所述石墨烯间隙k在大电流流过电阻达到一定电压量值时被击穿，有效保护电阻，同时开关kg1和kg2闭合，将装置隔离和发出报警信号；当最大档电阻无法有效抑制偏磁电流时，也发出报警信号。

进一步，所述可编程序逻辑控制器用于保护开关及交直流电流互感器并且采集与处理信息。

一种使用上述装置抑制变压器直流偏磁电流的方法，包括以下步骤：

(1)装置投入使用时，闸刀开关zd1断开，闸刀开关zd2闭合，开关kg1和kg2闭合，变压器中性点直接接地；

(2)当直流电流传感器ta2检测到直流电流超过给定值时，开关kg1断开，抑制电阻r1接入，为第一档；

(3)当电流增大再次超过定值时，开关kg1闭合，开关kg2断开，抑制电阻r2(r2＝2r1)接入，为第二档；

(4)当电流继续增大超过定值时，开关kg1和开关kg2断开，电阻r1和r2同时接入，接入的抑制电阻为r1的3倍，为第三档；

(5)当电流小于给定值时，控制器通过不断检测和反馈，根据电阻档次依次切除电阻，实现三级电阻投切控制。

本发明的有益效果：本发明提供了一种基于分级电阻抑制变压器直流偏磁电流的方法及装置，通过测量变压器中性点的直流电流，并将电流信号传给装置的控制器，适应不同容量及铁芯结构变压器对直流偏磁电流治理的需要，以及不同强度地磁暴和不同工况直流工程调试、检修条件下直流偏磁电流治理的需要，对减轻、抑制地磁暴和直流输电接地极等原因的直流偏磁电流对变压器及电网安全的影响具有重要意义。

附图说明

图1是本发明基于分级电阻抑制变压器直流偏磁电流装置的应用示意图。

图2是本发明基于分级电阻抑制变压器直流偏磁电流装置的控制及保护软件流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一种基于分级电阻抑制变压器直流偏磁电流的装置，其包括：可编程序逻辑控制器plc，抑制电阻r1和r2，开关kg1和kg2，交流电流互感器ta1和直流电流传感器ta2，以及石墨烯放电间隙k；所述可编程序逻辑控制器plc控制所述开关kg1和kg2的通断，所述开关kg1控制抑制电阻r1的接入或断开；所述开关kg2控制抑制电阻r2的接入或断开；所述直流电流传感器ta2通过可编程序逻辑控制器plc实施开关kg1的通断；所述交流电流互感器ta1用于检测变压器中性点的不平衡电流，并传递给可编程序逻辑控制器plc记录；所述石墨烯放电间隙k与抑制电阻r1和r2以及开关kg1和kg2并联连接。

本发明还提供了一种使用上述装置抑制变压器直流偏磁电流的方法，包括以下步骤：

(1)装置投入使用时，闸刀开关zd1断开，闸刀开关zd2闭合，开关kg1和kg2闭合，变压器中性点直接接地；

(2)当直流电流传感器ta2检测到直流电流超过给定值时，开关kg1断开，抑制电阻r1接入，为第一档；

(3)当电流增大再次超过定值时，开关kg1闭合，开关kg2断开，抑制电阻r2(r2＝2r1)接入，为第二档；

(4)当电流继续增大超过定值时，开关kg1和开关kg2断开，电阻r1和r2同时接入，接入的抑制电阻为r1的3倍，为第三档；

(5)当电流小于给定值时，控制器通过不断检测和反馈，根据电阻档次依次切除电阻，实现三级电阻投切控制。

图1是本发明基于分级电阻抑制变压器直流偏磁电流装置的应用示意图。其中，虚线部分为本发明三级分级电阻式变压器直流偏磁电流抑制装置，闸刀开关zd1和闸刀开关zd2为该装置投入和退出运行的隔离开关。虚线部分的k为保护成套装置及电阻的石墨烯放电间隙；r1为抑制电阻，由开关kg1控制其接入或断开；抑制电阻r2＝2r1，由开关kg2控制其接入或断开；ta1为交流电流互感器；ta2为直流电流传感器。虚线部分成套装置的开关及互感器的保护与控制、信息的采集与处理都由可编程控制器plc进行控制，实现成套装置抑制偏磁电流的功能及其装置的保护控制。图2是本发明基于分级电阻抑制变压器直流偏磁电流装置的控制及保护软件流程图。成套装置抑制偏磁电流的功能及其装置的保护通过可编程控制器实现，采用可编程控制器的特点是该装置的功能和保护、控制逻辑以及很多二次布线都通过软件编程实现，可以提高成套装置的可靠性。

如图1所示，装置投入使用时，断开闸刀zd1，闭合闸刀zd2，闭合开关kg1和kg2，变压器中性点直接接地；当直流电流传感器ta2检测到直流电流超过给定值，开关kg1断开，抑制电阻r1接入，为第一档；当电流增大再次超过定值时，kg1闭合，kg2断开，抑制电阻r2＝2r1接入，为第二档；当电流继续增大超过定值时，开关kg1和kg2断开，电阻r1和r2同时接入，接入的抑制电阻为3r1，为第三档。当电流小于一定的给定值时，控制器也可以通过不断的检测和反馈，根据电阻档次依次断开电阻，实现三级电阻投切控制。

当有短路故障或雷电冲击引起的大电流流过电阻达到一定电压量值时，石墨烯间隙k被击穿有效保护电阻，同时开关kg1和kg2闭合，将装置隔离和发出报警信号；当最大档电阻无法有效抑制偏磁电流时，也发报警信号。

由于偏磁电流治理对投切控制速度要求不高，与固定投切3r1电阻的装置相比，分级电阻方法抑制偏磁电流的精度更高，为防止地磁暴原因偏磁电流波动引起分级电阻频繁投切，设定控制器每10s调节一次。配合上述硬件设备操作控制及状态信息处理的软件流程如图2所示。图2流程简单解释如下：

正常工作：投入时先复位所有寄存器，然后给定时限读取偏磁电流数值，读取电流值时计数器m0增1，如果在给定时限内(即m0<3)读取的两次电流值i均大于定值i0(即m1＝2),则认为出现大电流，增加1级的电阻值；如果在给定时限内读取的两次电流值i均小于2/3的限定值i0(即m2＝2)，则认为此时电阻值过大，调小1级的电阻值。操作完后plc继续循环读取电流值。当最大档电阻无法有效抑制偏磁电流时(电阻装置状态位u>3)，控制器发信号报警；当电流达到电阻装置所能承受的最大电流值时(i>imax)，控制器报警并通过开关kg1和kg2切除电流。当有短路故障或雷电冲击引起的大电流通过时，控制器也会控制开关kg1和kg2闭合，隔离装置和发报警信号。所述交流电流互感器ta1用于检测变压器中性点的不平衡电流，并传递给可编程控制器plc记录。

上述实施方式对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施方式。基于上述实施方式，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。