一种预充磁式变压器涌流抑制装置的制作方法

1.本发明属于中压系统继电保护技术领域，具体涉及一种预充磁式变压器涌流抑制装置。


背景技术：

2.现阶段，由于大容量变压器应用的普遍性，其励磁涌流的产生已无法避免，所以针对变压器励磁涌流抑制技术的方法也层出不穷，下面就两种技术做简单叙述。
3.(1)在《电工技术学报》期刊中，《基于软启动的变压器励磁涌流抑制方法》一文着重介绍了反并联晶闸管和滤波电路组成的涌流抑制器。该方案是将反并联晶闸管与滤波器串联，结合变压器端电压闭环反馈控制构建基于软启动的励磁涌流抑制方法，通过变压器端电压平滑启动实现励磁涌流的主动抑制。
4.(2)在《高压电气》期刊中，《基于相控开关技术的空载变压器励磁涌流抑制研究》一文分析了三相变压器选相合闸的策略和方法，断路器截流和暂态恢复电压对铁芯剩磁的影响，研究了铁芯剩磁和最佳关合相位关系，并采用atp-emtp软件建立空载变压器关合模型，对暂态过程进行仿真，仿真结果表明，选相关合技术能有效消除空载变压器合闸时产生的励磁涌流。
5.对于第一种技术方案，由于使用了电力电子器件，存在一定的通态损耗，而回路中会产生奇次谐波，必然需要滤波电路，加上变压器端电压闭环反馈控制，所以针对这一原理，其电路复杂程度和故障率是比较高的；另一方面，对于大容量变压器，高低压侧的额定电流都比较大，而电力电子器件的通流有限，若使用大功率电力电子器件，通态损耗比较大，实际应用就很难达到预期效果。在第二种技术方案中叙述到，选相关合技术能有效消除空载变压器合闸时产生的励磁涌流，针对这种技术，目前还停留理论层面，实际应用中存在诸多影响因素，主要还是变压器铁芯剩磁的影响。由于变压器断电后残留在三相磁路中的剩磁是产生涌流的主要根源，而涌流的大小取决于剩磁的多少，并进一步影响选相的合闸角度，所以选相合闸的成功率具有偶然性，并不能保证每次选相合闸励磁涌流最小。即使增加剩磁测量方法，不说繁琐的实施过程，也不能确保测量后的剩磁完全与合闸角度契合。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种预充磁式变压器涌流抑制装置，解决现有技术方案存在的电路复杂、电力电子器件通态损耗大、选相合闸成功率低的缺点，为变压器合闸励磁涌流抑制提供一种新的解决思路。
7.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
8.一种预充磁式变压器涌流抑制装置，包括高压快速真空断路器、大功率线绕电阻器、高压真空接触器和控制元件；
9.所述高压真空接触器与大功率线绕电阻器串联成一体式组件后与所述高压快速真空断路器并联，形成主回路电气结构；
10.所述控制元件用于控制高压真空接触器和高压快速真空断路器的分闸与合闸；
11.其中，所述控制元件接收到进线断路器的合闸命令后，发出高压真空接触器合闸的命令，待高压真空接触器合闸到位后，所述控制元件随即发出高压快速真空断路器的合闸命令，并同时断开高压真空接触器的回路。
12.在进一步的技术方案中，所述高压快速真空断路器用于快速闭合与分断通流主回路；
13.所述控制元件接收到分合闸信号，并发出相对应的命令，由所述高压快速真空断路器执行分合闸命令。
14.在进一步的技术方案中，所述的高压真空接触器用于接通和分断涌流抑制回路，其采用电磁通电式控制方式，且该高压真空接触器的分合依靠所述控制元件内部逻辑判断输出的干接点闭合和断开控制。
15.在进一步的技术方案中，所述高压快速真空断路器的固有额定分闸时间≤5ms，固有额定合闸时间≤15ms。
16.与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
17.1、本发明提供的预充磁式变压器涌流抑制装置，简化了变压器励磁涌流治理的电气一次原理图，控制原理及控制逻辑简单易实现，电气回路的故障率相较于其他治理措施减少；
18.2、本发明实施例在实际成品制作及相关的成品试验中，组装工艺及流程简单，产品试验过程耗时较少，根据实际试验结果显示，合闸励磁涌流抑制在2.5倍变压器额定电流以下，涌流抑制效果明显；
19.3、本发明实施例在励磁涌流抑制的成功率上相较于其他治理措施具有优势，由于其回路中大功率线绕电阻器主动吸收变压器剩磁，涌流抑制基本每次都可实现，对比某些治理措施具有的偶然性，优势较为明显；
20.4、本发明实施例在实际使用操作上较为简便，整个过程都是控制元件接收外部驱动信号及内部控制逻辑，并执行命令，不需要人为操作，控制目标清晰明确。
21.本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式中予以详细说明。
附图说明
22.图1示出为本发明中涌流抑制装置的一次电气结构示意图；
23.图2示出为本发明中提供的二次开入量控制示意图；
24.图3所示为二次控制回路原理示意图；
25.图4所示为控制单元软件逻辑示意图。
具体实施方式
26.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体附图，进一步阐明本发明。
27.结合图1所示，本发明提供的预充磁式变压器涌流抑制装置包括高压快速真空断路器dl、大功率线绕电阻器r、高压真空接触器jc和控制元件；
28.所述高压真空接触器与大功率线绕电阻器串联成一体式组件后与所述高压快速
真空断路器并联，形成主回路电气结构；
29.所述控制元件用于控制高压真空接触器和高压快速真空断路器的分闸与合闸；
30.其中，所述控制元件接收到进线断路器的合闸命令后，发出高压真空接触器合闸的命令，待高压真空接触器合闸到位后，所述控制元件随即发出高压快速真空断路器的合闸命令，并同时断开高压真空接触器的回路。
31.本发明提供的涌流抑制装置，结合控制元件的一种具体的控制策略，实现大功率线绕电阻器与高压真空接触器串联回路先闭合，大功率线绕电阻器吸收变压器铁芯的剩磁能量，以达到励磁涌流抑制的目的，再延时0.5s合高压快速真空断路器回路，接通通流主回路，待检测到高压快速真空断路器合闸到位后，延时约0.1s断开高压真空接触器，此时整个涌流抑制过程结束。
32.本发明中，所述高压快速真空断路器用于快速闭合与分断通流主回路；所述控制元件接收到分合闸信号，并发出相对应的命令，由所述高压快速真空断路器执行分合闸命令；在高压快速真空断路器闭合通流主回路后，其所在回路承担正常运行时的回路负荷电流。
33.在发明的一个具体的实施例中，所述高压快速真空断路器所在回路的连接铜排规格为tmy-120*10双排；
34.所述大功率线绕电阻器串联高压真空接触器为励磁涌流抑制回路，所在回路的连接铜排规格为tmy-60*6，两条回路为并联关系，并通过控制元件实现先后转换。
35.在本发明的一个具体的实施例中，所述高压快速真空断路器为固定式结构，采用分合闸速度较快的通用型快速真空断路器，该断路器为涡流斥力驱动机构，电容储能，晶闸管快速触发充放电，实现分合闸操作，固有额定分闸时间≤5ms，固有额定合闸时间≤15ms，额定电压为12kv，额定电流为3150a。
36.本发明中，大功率线绕电阻器是吸收变压器铁芯剩磁的主要元件，通过变压器空载电流计算出绕线电阻的功率，再匹配对应的阻值，计算其热容量，则可以吸收变压器铁芯剩磁的能量，达到涌流抑制的目的。
37.在本发明的一个具体的实施例中，所述大功率线绕电阻器为管状结构，表面涂有绝缘材料，有较好的散热性，功率为5kw，电阻值为10ω，长度为540mm，直径为100mm，通过固定支架固定于绝缘子上。
38.本发明中，所述的高压真空接触器用于接通和分断涌流抑制回路，其采用电磁通电式控制方式，且该高压真空接触器的分合依靠所述控制元件内部逻辑判断输出的干接点闭合和断开控制。
39.在本发明的一个具体的实施例中，所述高压真空接触器为三相一体式结构，电保持型。额定电压为12kv，额定电流为630a，控制电源dc220v，合闸时间≤200ms，分闸时间≤160ms，三相不同期≤3ms。
40.本发明中，所述控制元件具有外部信号接收，命令执行，电气参数测量等功能，通过高精度a/d转换器，实现高分辨率数据采集，运用fpga计算，再交由高速浮点dsp平行计算，实现快速判断，快速输出，为一次元件执行相应的分合闸信号提供可靠支撑。
41.在本发明的一个具体的实施例中，所述控制元件的人机界面为触摸式，采用4u机箱结构，内部分电源控制板、电量采集板、cpu板、开入量输入板、开出板，每个功能模块具备
外部插拔操作；触摸式人机界面菜单设置有参数设置、内部状态查询、事件记录、传动操作等功能菜单，通过这些菜单内部设置，可实时监控并实现励磁涌流抑制相关功能。
42.如图2所示为本发明中提供的二次开入量控制示意图，图3所示为二次控制回路原理示意图，图4所示为控制单元软件逻辑示意图。
43.在图2中，719回路所表示的是进线开关合闸后，辅助常开接点闭合，控制单元接收到此闭合信号，则执行涌流抑制命令，此命令由图3中217回路执行；
44.721回路表示的是进线开关分闸后，辅助常闭接点闭合，控制单元接收到此闭合信号，则立即发命令断开高压快速真空断路器dl，此命令由图3中213回路执行，即控制单元zk-m1:3和zk-m1:1接点闭合，执行自动控制分闸动作。
45.在图3中，217回路所表示的是控制单元zk接收到内部闭合命令后，接通高压真空接触器jc电源，由此控制回路执行结果是大功率线绕电阻器投入到主回路中，励磁涌流得到有效抑制。随后控制单元根据逻辑自动延时合高压快速真空断路器dl，即控制单元zk-m1:3和zk-m1:2接点闭合，执行自动控制合闸动作。待高压快速真空断路器dl合闸到位后，再延时发分高压真空接触器jc命令，即zk-m3:13和zk-m3:14接点断开，接触器jc电源失电，退出涌流抑制回路。
46.在图4中，主逻辑以进线开关合闸与分闸执行涌流抑制功能和断开主回路，具体逻辑前述已说明，这里不再赘述。
47.总的来说，本发明提供的预充磁式变压器涌流抑制装置，解决了大容量变压器空载合闸时，大功率线绕电阻器吸收铁芯内的剩磁，从而限制主回路励磁涌流，提高了变压器低压侧断路器合闸成功率。
48.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的特点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。