变压器空载投切涌流和过电压消除装置的制作方法

本发明涉及一种变压器空载投切涌流和过电压消除装置，属于电气设备及电气工程领域，可用于发电厂或变电站空投变压器，尤其是在特高压电网情况下更显示出该装置对电网安全稳定运行的重要作用。

背景技术：

电网中变压器的总容量可达发电机总容量的4倍以上，它们的谐波电流总值非常大，可达全部发电机额定电流总和的1﹪～2﹪，成为电网背景谐波的重要来源。

电网中大量的电力变压器，在空载投入时会产生相当于额定电流十数倍的涌流和谐振过电压；在空载切出时会产生相当于额定电压数倍的过电压。这不仅会污染电网、影响供电质量，也会对变压器自身造成伤害。

变压器空载合闸涌流和空载切出过电压的危害如下。

1．引发继电保护装置误动，造成变压器投运频频失败。

当今的变压器继电保护装置都是用识别励磁涌流特征的方法来躲避变压器空投时误跳闸的恶果，但因误判率较高，空投跳闸现象仍频频发生，导致不能实现及时满足用户用电要求，影响人民生活及工农业生产。

大量的仿真试验和工程实践发现变压器空载投入时产生的励磁涌流具有如下特点：波形具有很大的离散性；幅值大且随时间衰减；含有非周期分量电流，波形呈间断特性；含有大量的偶次谐波分量，其中以2次谐波为主。由于变压器励磁涌流中含有较高的谐波成分，不低于基本波的15%。而含直流成分的故障电流其二次谐波最高值仅在7%以内。故差动保护可利用此一差异特性来区分励磁涌流与故障电流。现已广泛使用的谐波抑制变压器差动继电器，就是根据此原理设计的。

工程实际中由于变压器结构和铁心是确定的，是否发生涌流跳闸，主要取决于合闸相位角、变压器的剩磁通，以及变压器的差动整定值大小。统计表明，合闸过程中涌流引起差动保护误动的概率为3%。尽管这是一个小概率事件，一旦发生，往往会造成人的精神紧张，延迟变压器投入运行，因此，必须采取技术措施加以避免。

2．空投变压器产生的“原始涌流”，诱发电网中其他正在运行的变压器产生“和应涌流”(sympatheticinrush)而被切除，造成大面积停电。例如某地区电力系统中当变压器b已被接通，并已正常供电。现拟将变压器a与之并联，在关闭断路器的瞬间，变压器a将产生励磁起始涌流，该励磁涌流将引起自电源至此地区间电压降落的改变，从而引起此地区电压的波动。因此变压器b的励磁电流也将发生变化，即发生类似电压恢复涌流。关键是此地区电压变动的趋势是与变压器a励磁起始涌流的极性相反，即在励磁起始涌流为最高值时电压降为最低。而变压器b的电压恢复涌流，其极性是与地区电压极性相同。在此运行情况下，变压器a与b上的2个励磁电流之和称为和应﹙或共振﹚励磁涌流。

一台变压器空投引起其他多台运行变压器被保护装置切除，大量负荷停电，这种后果是极为严重的。

3．大幅值的励磁涌流有时可达变压器额定电流的十数倍或更大，它产生的电动力对变压器及其他电气设备破坏性很大。

4．励磁涌流中含有大量的谐波，对电网产生很大的谐波污染，导致大量电气设备工作不正常、振动、发热及增大功率损耗。

5．励磁涌流中含有很大的直流分量，对大量使用的电磁式电流互感器产生过度磁化，导致测量精度大幅下降，继电保护装置误动，甚至使电流互感器产生不可逆的破坏。

6．励磁涌流的存在迫使电力系统中大量的备用电源变压器以正常带电的热备用方式运行，以逃避备用变压器空投失败，这就使电力系统增加了大量变压器的空载损耗。一般变压器的空载损耗为其额定容量的0.5%~1%。一台750mva的备用变压器其空载损耗为340kw，一年的损失电量为34kw*8760小时=2，978，400度电，即将近300万度电，以每度电0.8元计，一年白白损耗240万元。

7．使电力机车过电分相时产生严重的过电压，常常造成相关设备的损坏.电力机车每十分钟左右就要过一处电分相，机车主变在此进行电源切換，此时主变电压为电分相中性线感应电压与相电压的矢量和，常常激发出严重的过电压和涌流，造成电力机车、电分相和牵引变电所电气设备的损坏，影响机车的正常运行。

8.炼钢厂的电炉变压器每天需要开合上百次，这样，既使幅值并不经常很高但次数很多的过电压会对设备的绝缘产生累积效应，对变压器的安全运行仍存在威胁。

9.特高压电网中绝缘材料的耐压余量已经有限，经不起过电压的冲击，而空载变压器合闸涌流又常常激发出谐振过电压，这使得我国特高压电网长时间不敢从1000kv侧合闸空载变压器，影响了特高压电网的快速发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种利用变压器空载投切涌流和过电压消除装置以解决上述问题。本发明是通过以下技术方案实现的。

变压器空载投切涌流和过电压消除装置的电路图就是在原主电路﹙包括高压主开关q1、主变压器t和低压主开关q2﹚的基础上增加控制变压器kt、高压控制开关k1、低压控制开关k2和低压电容器组c，它们的连接方式如下：k1的进线端接高压母线，k1的出线端接kt的高压侧，kt的低压侧接k2的进线端，k2的出线端接t的低压侧，低压电容器组c接在t的低压侧三相之间。

当高压主开关q1上电合闸时，开关触头逐渐靠近，当距离小于空气的击穿距离时空气被击穿，电弧将触头短接，高电压加到t的高压侧；当电弧电流过零时电弧熄灭，t的高压侧分布电容上保留着电弧熄灭时的电源电压，开关触头之间的电压为t的高压侧分布电容上的电压与电源电压的矢量和；当空气再次被击穿时，电弧再次将触头短接，t的高压侧电压发生变化，出现开关预击穿现象。

开关预击穿现象一方面在t的高压侧增加了一个剧烈波动的电压源，由于同时还伴有涌流发生，所以它会在多处激发出很高的过电压；另一方面它使触头闭合时间产生不确定性，使相位控制很难精确。因此“开关预击穿现象”必须消除。

该装置的kt、k1、k2回路即构成了消除“开关预击穿现象”电路，在主开关q1合闸之前将该回路接通，先合k2，后合k1，则主变t的高压侧电压等于电源电压、触头两侧电压相等，则“开关预击穿现象”自然消除。收到的效果是①主开关q1寿命大大提高，②预击穿过电压消除，③因主变t的高压侧电压等于电源电压，故无合闸涌流，也无过电压产生。

装置具有衰减振荡去磁作用，铁芯剩磁是影响涌流大小的重要因素，为达到减小剩磁的目的，在主变绕组上并联合适的电容c即可在每次断电时形成衰减振荡，使剩磁回零。

装置还具有减小无功电流功能，该功能由电容c同时完成。当kt把电压加到主变次级绕组上时，其中流过的是主变的空载电流，感性电流为主要成份，加电容c后空载电流大大降低，可以减小kt的容量，方便装置的安放;同时它与主变次级并联作为kt的负载，使其无上电涌流。

变压器空载投切涌流和过电压消除装置使用后所产生的效益。

1．不论是发电厂或变电站空投变压器可确保一次成功，因励磁涌流被消除，继电保护装置就不会误动，把人们从紧张繁琐的继电保护工作中解放出来。

2．因和应涌流引起各电站运行变压器跳闸停电的现象从此绝迹。

3．电网不再有因励磁涌流产生的谐波污染，从而使电能“绿化”的进程向前推进一大步。

4．电站为避免励磁涌流直流分量过度磁化电流互感器，不得不采用铁心截面积更大、价格更昂贵的电流互感器的现象不再发生，节约了大量投资，并保证了电站测量的精度和继电保护的动作的准确性。

5．电气设备不再会遭受大励磁涌流带来的电动力破坏，使电力变压器等设备从此免受机械和电气冲击，能提高使用寿命。

6．主开关合闸时，主触点两侧的电压相同，因此不会有预击穿电弧发生，亦再无此类操作过电压发生，同时也大大提高了主开关的寿命。

7．作为备用电源的变压器可采取平常不带电的冷备用方式运行，节约大量的空载能耗。

8.对电弧炉炼钢等频繁投切变压器的情况，电网供电质量将会有很大改观、设备寿命将会有很大提高。

9.电力机车过分相产生的涌流及过电压已成为高铁发展的制约因素之一，该技术将使这一现象大为改观。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

图1是变压器空载投切涌流和过电压消除装置的主电路图。

具体实施方式

变压器空载投切涌流和过电压消除装置的电路图就是在原主电路﹙包括高压主开关q1、主变压器t和低压主开关q2﹚的基础上增加控制变压器kt、高压控制开关k1、低压控制开关k2和低压电容器组c，它们的连接方式如下：k1的进线端接高压母线，k1的出线端接kt的高压侧，kt的低压侧接k2的进线端，k2的出线端接t的低压侧，低压电容器组c接在t的低压侧三相之间。

该装置的kt、k1、k2回路即构成了消除“开关预击穿现象”电路，在主开关q1合闸之前将该回路接通，先合k2，后合k1，则主变t的高压侧电压等于电源电压、触头两侧电压相等，则“开关预击穿现象”自然消除。收到的效果是①主开关q1寿命大大提高，②预击穿过电压消除，③因主变t的高压侧电压等于电源电压，故无合闸涌流，也无过电压产生。

其控制系统采用可编程序控制器（plc）或工控计算机（com）控制系统。

上述描述的只是该发明的一种具体实施方式，举例说明不对发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了说明书后对前述的具体实施方式所做的修改或变形，都不背离发明的实质和范围。