抑止变电器励磁涌流的新方式

　　变电器励磁涌流不但造成 继电保护装置误动，由其衍化的配电网工作电压急剧下降、谐波电流环境污染、和应浪涌电压、磁铁串联谐振过压等都给供电系统运作产生不能小看的不良影响。数十年来大家根据鉴别励磁涌流特点的办法来降低继电保护装置的误动率，但尚未得到 较好的收益，误动率仍持续上升。对于对工作电压急剧下降、谐波电流环境污染、和应浪涌电压等的清除更一筹莫展。归根结底是大家觉得励磁涌流的发生不能抵触，只有选用“鉴别”的防范措施，即“躲”的防范措施。实际上 ，换一个构思——“抑止”，是彻底能够 完成的，并且现已建立了。

0、前言
　　变电器励磁涌流与电力电容器的电池充电浪涌电压抑止基本原理彻底类似，电感器及电容器全是储能技术元器件，前面一种不能允许电流量基因突变，后面一种不能允许工作电压基因突变，空投物资开关电源时都将引起一个暂态过程。在电力工程变压器空载连接开关电源时及变电器小组出线产生常见故障被继电保护装置设备摘除时，因变电器某侧绕阻感受到外施工作电压的剧增而造成有时候标值巨大的励磁涌流。励磁涌流不但最高值大，且带有非常多的谐波电流及直流电份量。从而对电力及电气设备导致极其不好的危害。

1、励磁涌流的不良影响
1.1 引起变电器的继电保护装置设备误动，使变电器的投用不断不成功；
1.2 变电器小组出线短路故障常见故障摘除时需形成的工作电压猛增，引起变电器维护误动，使变电器各侧负载所有断电；
1.3 A发电厂一台变压器空载连接开关电源造成的励磁涌流，引起相邻别的B发电厂、C发电厂等已经运作的变电器造成“和应浪涌电压”(sympatheTIc inrush)而误跳电，导致大规模断电；
1.4 标值较大的励磁涌流会造成变电器及隔离开关因电驱动力过大损伤；
1.5 引起实际操作过压，毁坏电器设备；
1.6 励磁涌流中的交流电份量造成 电压互感器等效电路被过多被磁化而大幅度减少测量精度和继电保护装置设备的恰当姿势率；
1.7 励磁涌流中的很多谐波电流对电力网电能质量分析导致明显的环境污染。
1.8 导致电力网工作电压骤升或急剧下降，危害别的电器设备正常的工作中。
数十年来大家对励磁涌流采用的防范措施是“躲”，但因为励磁涌流形状及特点的多元性，根据数学课或物理方法对其特点鉴别的精确性无法提升，以至在这里一行业里励磁涌流已变成里程碑式难点。

2、励磁涌流的诱因
　　抑制器的关键特征是对励磁涌流采用的战略并不是“避开”，只是“抑止”。基础理论及实践经验证明励磁涌流是能够抑止甚至解决的，因造成励磁涌流的源头是在变电器任一侧绕阻感受到外施工作电压剧增时，根据bt链接守恒定律定律，该绕阻在等效电路里将造成单旋光性的偏磁，如偏磁场性正好和变电器原先的磁损旋光性同样时，就有可能因偏磁与磁损和稳定磁通量累加而造成 等效电路饱和状态，进而大幅度减少变电器线圈的励磁电抗，从而引起标值丰厚的励磁涌流。因为偏磁的旋光性及标值是能够根据挑选外施工作电压重合闸相角开展调节的，因而，假如能把握变电器之前关闭电源时等效电路中的磁损旋光性，就完完全全能够根据变压器空投物资时的电源电压相角，完成让偏磁与磁损极性相反，进而清除造成励磁涌流的土壤层——等效电路饱和状态，完成对励磁涌流的抑止。
　　一直以来，大家觉得没法精确测量变电器的磁损旋光性及标值，因此迫不得已舍弃运用偏磁相抵磁损的念头。进而在解决励磁涌流的战略上产生了两根并不顺畅的路面，一条路是根据变压器空投物资开关电源时的工作电压重合闸相角，使其不造成偏磁，进而防止空投物资开关电源时等效电路发生饱和状态。另一条路是运用物理学的或数学课的方式对于励磁涌流的特点开展鉴别，以求在变电器空投物资开关电源时锁闭继电保护装置设备，即上述情况“避开”的对策。这两条道路都是有其严重的难题，捕获不造成偏磁的电源电压重合闸角仅有2个，即正弦函数工作电压的2个最高值点（90°或270°），假如偏移了这两个方面，偏磁便会发生，这就规定操纵重合闸阶段的任何组织（包含隔离开关）要有精准、平稳的操作時间，由于如姿势時间飘移1ms，重合闸相角就将造成18°的偏差。除此之外，因为三相电压的最高值并没有与此同时来临，只是互相相距120°，为了更好地彻底清除三相励磁涌流，务必隔离开关三相分时候相重合闸才可以完成，而目前的电力工程安全操作规程严禁这类会造成 非全日制相运作的分时候相实际操作，更何况有一些隔离开关结构类型没办法分相实际操作。
　　用物理学和数学原理鉴别励磁涌流的难度系数非常大，由于励磁涌流的特点和许多要素相关，比如重合闸相角、变电器的电磁感应主要参数等。很多专家学者和工程项目技术员根据几十年的勤奋努力仍不可以寻找合理的方式 ，因其具备很高的难度系数，换句话说“避开”的对策重重困难，这一对策的另一致命性缺点是忍受励磁涌流发生，它对电力的环境污染及电气设备的毁灭性依然存有。

图2-1为一三相变压器框架图，可写下满载时初中级绕阻的工作电压方程式

式中N1、R1各自为初中级绕阻的线圈匝数及电阻器
（2.1）可改变为

式中α为 t=0时U1的初相位角如忽视电阻器R1，即


设R1=0，则得
求得（2.3）式线性微分方程得磁通量Φ的关系式为

根据bt链接守恒定律定律，重合闸一瞬间等效电路中bt链接不可以基因突变，就可以求出積分参量C。
式中
可写下磁通量Φ关系式

式中为总磁通量的幅度值从式(2.6)中可以看出变电器外施工作电压u1在不一样初相位角α重合闸时需形成的磁通量Φ也不同样，将式(2.6)改变为

式(2.7)中为暂态过程磁通量，即偏磁，在重合闸一瞬间Φp的值与α相关，在90°或270°空投物资时Φp=0，在0°或180°空投物资时Φp可以达到最高值Φm。式(2.7)中 为稳定磁通量，为一周期函数。
图2-2为空投物资重合闸角α=0时的磁通量转变 曲线图，图上Φs为稳定磁通量，Φ为Φs和Φp生成的总磁通量（未计及磁损Φres），Φsat为变电器饱和状态磁通量。针对高质量变电器（R1=0）偏磁Φp不容易衰减系数，属实线所显示，针对不利于变电器（R1>0）

Φp按時间参量衰减系数，如斜线所显示。从图2-2中可知道在工作电压相角在θ1至θ二区间总磁通量Φ超过饱和状态磁通量Φsat，等效电路饱和状态，因此造成励磁涌流iy，iy具备间歇性。针对高质量变电器Φ和iy是有关的偶对称性波型，而在iy=0的中断角区段Φ则是有关的偶对称性波型。针对不利于变电器则Φ与iy将不会有对称性关联。
当计及磁损时，总磁通量将由磁损、偏磁（暂态过程磁通量）及稳定磁通量三者构成。可以看出在图2-2偏磁的情形下，如磁损为正，则总磁通量曲线图往上移动，即等效电路更易饱和状态，励磁涌流幅度值会更高。如磁损为负，则励磁涌流将被抑止。

　　图2-3是磁铁资料的铁磁体，它叙述在等效电路的励磁线圈上增加交流电流时，磁势H也相对的从-Hc到Hc中间转变 ，由H造成的磁通量Φ（或磁通密度B=Φ/S）将在铁磁体中作相对应的转变。假如H在回网上的某点忽然降到零，则B将随后落入相匹配B轴的某点上，该点所相对应的B值即是磁损Br。能够看得出磁损的数据和旋光性与摘除励磁调节器工作电压的相角相关，假如在第Ⅰ、Ⅱ象限断开励磁调节器开关电源（即H=0）则磁损为正或零，在Ⅲ、Ⅳ象限断开励磁调节器开关电源，则磁损为负。
3、励磁涌流的控制方式
　　变电器在一切正常通电工作中时，等效电路中的主磁通量波型与外施电源电压的波型基本一致，就是正弦波形。等效电路中的磁通量落后电源电压90°，根据检测电源电压波型完成对磁通量波型的检测，从而获得在电源电压关闭电源时磁损的旋光性。变电器空投物资通电时造成的偏磁Φp也一样，因偏磁 ，电源电压通电时的初相位角α在Ⅰ、Ⅳ象限区段内发生的偏磁场性为正，而初相位角α在Ⅱ、Ⅲ象限区段内发生的偏磁场性为负。显而易见，磁损旋光性得知，偏磁场性可控性，只需空投物资开关电源时使偏磁与磁损极性相反，浪涌电压即被抑止。
　　图3-3为变电器初中级工作电压u、主磁通量Φ、磁损ΦRes及偏磁Φp与分闸角和重合闸角的影响趋势图,及其电源电压u吸合初相位角α’与磁损ΦRes的关联曲线图。变电器处在稳定时主磁通量Φ 落后电源电压u 90°，如图所示3-3中曲线图①及曲线图②所显示。变压器空载通电时需形成的偏磁一定与稳定时相匹配通电时工作电压u曲线图通电点的稳定磁通量尺寸相同，极性相反，如图所示3-3中的曲线图③相匹配M点或N点的Φp1和Φp2。其最高值可以达到稳定磁通量Φ的最高值Φm，而磁损ΦRes幅度值与等效电路原材料的特点相关。可以看出相匹配同一个重合闸初相位角α或吸合初相位角α’所造成的偏磁和磁损的极

图3-3 变电器初中级工作电压u、主磁通量Φ、磁损ΦRes及偏磁Φp与分闸角和重合闸角的影响趋势图

　　性恰好反过来，换句话说根据吸合时精确测量电源电压吸合角α’，并将α’储存出来，在下一次空投物资变电器时挑选在重合闸角α相当于α’时再加上开关电源，偏磁就可与磁损反方向，他们的生成磁通量将低于饱和状态磁通量Φsat(曲线图④)，（因饱和状态磁通量一般挑选超过稳定磁通量最高值），等效电路不易饱和状态，进而完成对励磁涌流的抑止。因为三相电源工作电压在隔离开关三相连动摘除时需获得的三相吸合相位角各相距 120°，磁损旋光性也是三相各相距120°，而在三相连动重合闸时三相的重合闸初相位角也是相距 120°，三相偏磁场性也各相距120°，那样就当然完成了变电器三相等效电路中的偏磁和磁损全是相抵的，进而防止了一定要隔离开关分相分时图实际操作才可以抑止励磁涌流的追求，换句话说三相连动隔离开关适用对三相浪涌电压的抑止。
因为抑止励磁涌流只需偏磁和磁损极性相反就可以，并不需要彻底相抵，因此当重合闸角相对性上次分闸角有很大偏离时，只需偏磁不与磁损求和，等效电路就不容易饱和状态，这就大幅度降低了对隔离开关操作组织姿势時间的准确度规定，为这一技术性的产品化打下了基本。将这类抑制器与快切设备和备自投设备连动就可以完成预留变电器按冷预留方法运作，这将大大的节省变电器热备用方法的满载耗能。
图3-4选录了四条励磁涌流Iy与吸合角α’和重合闸角α的关联曲线图，能够见到，在重合闸角α为90°或270°时，空投物资变电器的励磁涌流与变电器的上次吸合角不相干，缘故是在变电器初中级工作电压过最高值时通电不造成偏磁，无论变电器原先是不是有磁损都不可能使等效电路饱和状态。自然，假如应用三相连动隔离开关是无法保证三相的偏磁都为零。而当重合闸角α为0°或 180°的时候空投物资

变电器的励磁涌流与上次吸合角α’息息相关，当α与α’相仿（大概相距±60°）时励磁涌流被抑止，自此α与α’偏移越大，励磁涌流也越大。从而能够 看见如隔离开关的重合闸時间飘移在±3ms时对浪涌电压的抑止基本上无危害。现如今的高压断路器和SF6隔离开关的分、重合闸時间飘移都在1ms以内，彻底能够 精准完成对励磁涌流的抑止。

应当强调，变电器关闭电源后留到三相等效电路中的磁损在正常的状况下是不容易衰减系数消退的，更始终不变旋光性。仅有在变电器铁芯遭受高过原材料热导率的高溫功效后磁损才会衰减系数或消退，但一般的发电厂当场不容易发生这个状况。退一步讲，磁损消退是件好事儿，只需沒有磁损，只靠偏磁是不可能造成等效电路饱和状态的。

4、电力电容器电池充电浪涌电压的抑止
　　对低压电容器空投物资的电池充电浪涌电压抑止一样不用追求完美在电流过零时通电，只是挑选重合闸角与电力电容器上次的吸合角相仿时通电，既用与原剩下工作电压旋光性同样、标值相仿的电池充电工作电压加到电力电容器关闭电源时残存的剩下工作电压上，进而不造成电池充电浪涌电压。按此基本原理低压电容器在关闭电源后不需经充放电机器设备充放电，只是完成即切即投。图4-1是相匹配同一吸合角α’=180°与不一样重合闸角α相匹配的电池充电浪涌电压转变 曲线图，能够知道在α=180°周边重合闸，电池充电浪涌电压均被大幅抑止。电力电容器的电池充电浪涌电压尺寸相较变电器的励磁涌流来讲，其对重合闸角比较敏感，即规定投、切隔离开关的操作時间飘移不必很大。

图4-1 吸合角α=180°(A相)相匹配不一样重合闸角（A相）α的电池充电浪涌电压纪实曲线图

对电力电容器完成无浪涌电压即切即投针对很多配有后备电源自動资金投入设备的发电厂有关键实际意义，当工作中开关电源因常见故障摘除时，随后联切接在母线槽上的电容器组，备自投设备在资金投入后备电源后立刻资金投入刚刚摘除的电容器组，确保在备自投设备姿势前后左右的无功负荷及工作电压水准不会改变。那样不但省去了电力电容器的充放电机器设备，并且确保了在资金投入后备电源时大部分无振荡。

5、浪涌电压抑制器的几个常见运用实例
浪涌电压抑制器与隔离开关连接的基本原理柜图如图所示5-1：

图5-1 操纵基本原理框架图

浪涌电压抑制器连接被测电源电路的工作电流及工作电压数据信号，获得三相电源的分闸角和重合闸角。隔离开关的
分、重合闸指令经过浪涌电压抑制器发给隔离开关的分、重合闸控制电路。浪涌电压抑制器的常见运用方法有下列四种，如图所示5-2至图5-5。配备关键点以下：

图5-2 系统软件联系变的浪涌电压抑制器结构图

图5-3几台变电器共一个隔离开关的浪涌电压抑制器结构图

图5-5 单环形变压器二次侧小组出线浪涌电压抑制器与线路保护装置的结构图

5.1 SID-3YL应安裝在变电器或电力电容器的开关电源侧的隔离开关控制电路中。对端无开关电源的同轴电缆隔离开关不用安裝。
5.2 SID-3YL适用三相隔离开关三相连动分、合，也适用三相分相、分时候、合。
5.3 键入SID-3YL的合操纵或分操纵数据信号可来自于手动式、保护装置或继电保护装置设备。SID-3YL的输入输出立即操纵隔离开关的重合闸与吸合。
5.4 SID-3YL具备自动检索并储存吸合时开关电源吸合相位角的作用，故吸合操纵数据信号并不经SID-3YL，只是由人力或保护装置或保护设备立即对隔离开关执行吸合操纵。
5.5 SID-3YL可接纳经RS-485总线来源于上位机软件的合、分操纵指令，及卫星导航系统GPS的校时数据信号，变电器各开关电源侧隔离开关的SID-3YL在实行吸合操纵后马上经计算机接口向别的开关电源侧的SID-3YL广播节目吸合時间及吸合相角，以确认最终使变电器摆脱开关电源时的吸合角，做为下一次第一个执行空投物资变电器实际操作的重合闸相角。在沒有上位机软件的配电站，SID-3YL中间也可完成吸合時间及吸合相角的传输。
5.6 SID-3YL可完成低压电容器的即切即投，免去电力电容器关闭电源后务必经充放电机器设备充放电的实际操作，比如备自投设备摘除工作中开关电源时，虽与此同时割除了低压电容器，且电力电容器上留出与吸合相角有关的剩下工作电压，但在备自投设备资金投入后备电源时，可经SID-3YL与此同时资金投入低压电容器，确保无功负荷、工作电压及功率因素仍保持备自投设备姿势前的常规水准。当电力电容器停止运营時间较长时，其剩下工作电压可能因充放电而降低，SID-3YL能自行依据预付的剩下工作电压衰减系数特点操纵投用时的重合闸角。
5.7 单环形变压器小组出线短路故障被维护跳电后形成的工作电压猛增，很有可能造成 运作变电器造成励磁涌流被差动保护摘除，使所有小组出线断电。每条小组出线配置一台SID-3YL，SID-3YL接纳来源于路线保护设备輸出的跳电指令，并保证在常见故障摘除后所造成的母线槽电猛增不引起运作变电器造成励磁涌流。
5.8 因为变电器空投物资时及小组出线常见故障摘除时不造成励磁涌流，因而，有关运作变电器也不会造成“和应浪涌电压”，防止了初始励磁涌流导致的大规模断电。
5.9 SID-3YL可依据变电器初、次级绕组布线等级不一样完成相位角调整。
5.10 当变电器初、次级线圈具备电容器负荷时，将危害励磁涌流抑止的原理，SID-3YL因此制定了专门的抑止优化算法。
5.11 SID-3YL可完成两部或多个串联运作变电器按负载水准全自动投退作用，确保在轻负载时全自动摘除负载变电器，以减少变电器的耗损。SID-3YL根据即时精确测量变电器的工作电流和工作电压获得变电器的有功功率及功率因数角，再与具有一定网络带宽的输出功率时间常数较为，完成对电力变压器的投退操纵。

图5-6具备浪涌电压抑止作用的变电器按负载全自动投退设备

6、结语
　　配电变压器空投物资电池充电相角与上次摘除开关电源相角配对标准，从基础理论及实践活动上面证实了在应用三相连动实际操作隔离开关时要完全抑止励磁涌流。一样，低压电容器空投物资电池充电相角与上次摘除开关电源相角配对标准，也可以完成抑止三相连动隔离开关重合闸时的电力电容器电池充电浪涌电压。这一技术性对彻底消除维护误动、改进电能质量分析、提升运作稳定性有关键实际意义。一样对各种各样额定电压供电系统的无功功率补偿、远距离输电路线的串连赔偿操纵等也是有主要实际意义。

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