合闸涌流（精选4篇）
合闸涌流 篇1
摘要：文章主要论述了变压器空载合闸过程中涌流的产生、特点其对变压器的影响和所要采取的防范措施和保护对策。
关键词：变压器,励磁涌流,保护对策
变压器是用于高低电压相互转换并且根据电磁感应原理制成的交流电输配系统中的重要电气设备。当变压器合闸的一瞬间, 有可能产生比较大的电流, 本文主要探讨了该电流是如何产生的, 对变压器又有怎样的影响, 最重要的是提出了抑制合闸涌流的方法和对变压器的保护措施。
电力变压器在空载合闸的瞬间产生的励磁涌流可达到额定电流的6~8倍, 对电网造成的冲击很大, 直接影响到连接在电网中的其他用电设备, 特别影响电力电子等敏感器件, 使变压器差动保护误动作。而且还会对变压器本身的绝缘造成破坏, 影响变压器的使用寿命。因此, 抑制变压器空载合闸励磁涌流具有非常重要的经济价值。
1 合闸涌流的产生
当我们对变压器进行充电时, 通过观察不难发现有时候看到变压器电流表的指针偏转的角度很大, 然后又快速返回到正常的空载电流值, 这样的冲击电流我们通常把它叫做励磁涌流。对于任意一台变压器而言, 在电感电路中, 我们可以认为该变压器是一带铁芯的电感元件, 变压器绕组中励磁电流和磁通的关系由磁化特性所决定。因为电和磁总是带有一种特有的“惯性”, 电流是不能发生突变的。一般来说铁芯愈饱和, 产生一定的磁通所需的励磁电流愈大。在正常情况下, 铁芯中的磁通就已经饱和, 而在最不利的合闸情况下, 铁芯的饱和情况将非常危险, 使得铁芯的导磁系数减少, 变压器的励磁电抗大大减少, 因而励磁电流的数值大增。当铁芯里的磁通严重饱和时, 由磁化特性决定的电流波形很尖, 变压器的励磁涌流就是这样产生的。
2 合闸涌流的特点
结合励磁涌流的产生缘由, 我们对励磁涌流有了一些了解, 并可以得知其如下特点:
1) 励磁涌流的变化曲线为尖顶波, 涌流含有数值很大的高次谐波分量, 主要是偶次谐波。
2) 励磁涌流的衰减常数与铁芯的饱和度是密切相关的, 饱和越深, 电抗越小, 涌流衰减得越快。由此可知, 一开始衰减速度很快, 接着逐渐变慢。
3) 励磁涌流的数值很大, 最大可达额定电流的8~10倍。当利用一台断路器控制一台变压器时, 其速断保护定值可按变压器励磁电流来整定。
4) 一般来说, 变压器的容量越大, 衰减所持续时间就会越长, 但是涌流的衰减速度往往比短路电流衰减慢一些。
当变压器空载合闸产生励磁涌流时, 励磁涌流中会含有很大的直流分量和非周期分量, 其中直流分量要经过并联的部分。和应电流是中性点接地后变压器励磁电抗使变压器铁心趋向饱和而产生的。它的特点为: (1) 与励磁涌流相比较, 和应涌流是反向的, 也就是说当变压器空载合闸而铁心为正向饱和时, 并联运行变压器的铁心趋向反向饱和。变压器空载合闸时, 变压器中的励磁涌流方向、变压器和变压器励磁电抗中和应涌流的方向我们可以从实验中得到。 (2) 由最开始的不饱和状态慢慢转换到饱和状态, 和应涌流将逐渐增长, 和应涌流的大小与励磁涌流的大小是密切相关的。
3 合闸涌流对变压器的影响
变压器的这个冲击电流可能达到变压器额定电流的6~8倍, 比正常稳态时的变压器的空载电流大100倍左右。如果不考虑绕组电阻这个因素, 在合闸后的半周期会出现电流的最大值。因为绕组铜线具有电阻, 所以这个电流是要随时间衰减的。对于不同大小的变压器电流的衰减情况又是不相同的, 小变压器反而衰减得越快, 几个周波就会达到稳定;然而大型变压器衰减得慢, 全部衰减持续时间可能达几十秒。
变压器在合闸的一瞬间产生的合闸涌流, 其持续时间非常短, 约在几毫秒内就可降低到无危险的程度。一般变压器产生的合闸涌流都小于现代设备允许的最大合闸涌流。对于一些开关性能差的设备, 虽然合闸涌流衰减快, 在合闸的过程中, 当触头没有闭合就已经产生击穿电弧, 使合闸电流快速上升, 严重时将产生很大电流, 再加之振荡频率很高, 使开关内部产生很大机械应力和震动, 容易使开关损坏。除此之外, 频率很高的涌流, 通过电流互感器时, 可能会使互感器一次线圈的绝缘遭受损坏。尤其是变化较大的电流互感器, 由于其一次线圈匝数较多, 可能产生较大的感应电压, 从而破坏一次线圈的层间绝缘, 使电流互感器损坏。结合以上论述, 我们必须采取措施及保护对策限制合闸涌流。
4 变压器的保护对策
对于变压器的安全, 励磁涌流并没有对其产生危险, 主要原因是这个冲击电流存在的时间极其短。但较大电流的多次冲击是不安全的, 我们可以知道对变压器多次连续合闸充电也是不好的, 会引起绕组间的机械力作用, 可能逐渐使其固定物松动。此外, 励磁涌流有可能引起变压器的差动保护动作, 故进行变压器操作时应当注意励磁涌流对变压器差动保护的影响。差动是用变压器原边和副边的电流计算差动电流的, 在变压器正常运行时, 励磁电流是很小的, 而当出现励磁涌流时, 就不应该忽略励磁电流的影响, 通常的做法是依靠各种判别条件来判别励磁涌流, 可靠闭锁差动保护, 其中判别方法就是利用上述的励磁涌流的特点来识别涌流。比如采用二次谐波制动, 波形对称原理, 采用速饱和铁芯的差动继电器。
大型变压器的合闸涌流的幅度可以达到变压器额定电流的数倍甚至十几倍, 持续时间达到数分钟, 可能对变压器造成机械或热的损害, 同时对系统造成较大的冲击。好在定型的变压器在型式试验时都经过突发性短路或者更严酷的试验, 一般都可以承受正常的合闸涌流的冲击。只是在保护整定时 (特别是过流保护) 应在动作幅值或动作时间上躲开合闸涌流, 也可以采用在变压器投入时临时退出过流保护的方法, 防止因涌流过大而跳闸。
励磁涌流, 是由于铁芯的磁饱和产生的, 励磁涌流通常在接通电源1/4周期后开始产生, 幅度最大值可能超过变压器额定电流的几倍甚至几十倍, 持续时间较长, 从数十个电源周期直至数十秒不等。励磁涌流的幅度与变压器的二次负荷无关, 但持续时间与二次负荷有关, 二次负荷越大则涌流持续的时间越短, 二次负荷越小则涌流持续的时间越长, 因此空载的变压器涌流持续的时间最长。变压器的容量越大, 涌流的幅度越大, 持续的时间越长。当在电压过零时刻投入变压器时, 会产生最严重的磁饱和现象, 因此励磁涌流最大。当在电压为峰值时刻投入变压器时, 不会产生磁饱和现象, 因此不会出现励磁涌流。由于涌流的幅度很大, 涌流与线路电感的共同作用会导致电网电压出现扰动, 甚至会出现严重的过电压。使用同步投入切, 使机械开关的接点在恰当的相位时刻闭合或者断开, 使电网设备在恰当的相位点接入电网, 可以有效地降低涌流和过电压, 最大限度地降低对电网的干扰。机械开关在切除过程中会有电弧产生, 在切除感性负荷的时候, 熄灭电弧越发不容易。一旦电弧产生, 开关接点间就会出现电离的气体分子, 电离气体的存在使绝缘性能变差, 因此熄灭电弧就很困难。如果在切除的过程中使用同步切除技术, 在电流为零的瞬间断开开关接点, 就可以避免电弧的燃烧。即便是感性负荷, 由于电感在电流为零的瞬间电感能量也为零, 因此电感维持电流不会突变的能力起不了作用, 仍然不会产生电弧。由于开关接点在切断电流的过程中没有电弧, 显然可以明显提高开关接点的电气寿命。
针对合闸涌流的原理、特性, 我们应对其有足够的认识, 工作时做好安全防范措施, 防止由于合闸涌流造成的事故发生, 保证设备的安全稳定运行。
参考文献
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合闸涌流 篇2
近些年来, 我国的远距离输电系统越来越多, 高压、大容量电力变压器不断投产, 对变压器的要求进一步提高。但是, 我国变压器保护的发展比较落后, 效率不是特别明显。所以, 对变压器合闸励磁涌流的抑制方法进行研究, 有着重要的指导意义和作用。
1 关于变压器励磁涌流的几个特点
一般来说, 变压器励磁涌流有三大特点:1) 含有较大成分的非周期分量, 往往使涌流偏向于时间轴的一侧。2) 含有丰富的高次谐波成分, 其中主要是二次谐波。3) 波形存在间断。从上面的励磁涌流的特点可以看出来, 变压器励磁涌流的大小与变压器合闸初相角、剩磁大小、饱和磁通等因素都有关系。
2 励磁涌流产生的原因及对励磁涌流进行抑制的原理
励磁涌流产生的主要原因是:在变压器投入前, 如果铁芯中的剩余磁通与变压器投入时的工作电压产生的磁通方向相同, 那么会使其总磁通量远远超过铁芯的饱和磁通量, 因此, 产生比较大的励磁涌流, 其中最大峰值可达到变压器额定电流的6～8倍。对于励磁涌流, 要采取的策略是“抑制”。通过一定理论和实践证明, 发现励磁涌流是可以抑制的, 甚至是可以消灭的。因为从产生励磁涌流的根源来说, 是在于当变压器任一侧绕组感受到外施的电压增加时, 该绕组在磁路中将会产生单极性的偏磁, 如果偏磁极性恰好和变压器原来的剩磁极性相同, 那将会导致磁路饱和, 会产生很强烈的励磁涌流。在一定的情况下, 如果能够了解变压器上次断电时磁路中的剩磁的极性, 那么完全可以通过对变压器空投时的电源电压相位角进行控制, 达到让偏磁与剩磁两者的极性相反的目的, 从而实现对励磁涌流的抑制。
3 对变压器合闸励磁涌流抑制所采取的方法
3.1 选相位关合技术法
如果采取选相位角关合技术, 可以对空载变压器励磁涌流进行消除。通过EMTP仿真结果表明, 该方法在很难精确测量铁芯剩磁的情况下, 可以很好地抑制变压器励磁涌流产生过程。我们从变压器励磁涌流的影响因素可以看出, 变压器励磁涌流的大小与合闸的初相角有密切的关系。选相位关合法通过控制三相合闸的时间, 即控制三相开关合闸的初相角来削弱励磁涌流的幅值, 是一种很有效的措施。
3.2 通过控制三相开关合闸时间
此种方法理论基础是:我们将变压器看作是一个具有强感性负载的机械, 也就是说把它看成一个非线性的电感。当合闸时, 变压器上的电压变压器内部会产生一定的磁通量。在变压器存在剩磁时, 如果说合闸后所产生的磁通和剩磁的极性是一样的, 那么对于变压器内部的总磁通而言, 电压升高, 磁通量也会随着增加, 产生出更大的励磁涌流;但是, 如果合闸后所产生的磁通和剩磁极性恰好是相反的, 那么对于变压器内部总磁通来说, 当电压升高时, 它会随着减少, 可以使得励磁涌流得到削减;合闸时变压器内没有剩磁, 即在合闸角为90°的时候合闸, 这样变压器内产生的磁通是最小的, 产生的励磁涌流也是最小的。三相绕组内磁通有其自己的变化规律, 如果合理地控制三相开关合闸角度, 不仅可以大幅度降低变压器内的感应磁通量, 还能够在一定程度上削减励磁涌流幅值。在这种思想下, 提出了两种合闸策略。
3.2.1 快速合闸法
在实施快速合闸策略的时候, 变压器的一相先在最佳点合闸, 就是当它事先预期的磁通等于剩磁的时候合闸, 另外其他两相在1/4周期后合闸。这种合闸方法适合于变压器三相绕组中铁芯没有剩磁的情况, 并且三相是独立控制合闸的。首先合闸的一相在合闸角为90°的时候, 这个时候其绕组中产生的磁通比较小, 在某个程度上接近于零。采用快速合闸法, 可以消除或者削弱励磁涌流, 从而达到抑制效果。
3.2.2 延迟合闸法
如果能够知道三相中的某一相 (比如A相) 的剩磁, 那么我们可以采取延迟合闸的方法。就是说, A相在它最合适的时刻合闸, 剩余的两相则延迟工频周期后再同时合闸, 延迟的时间可以是2到3个工频周期。这样, 也可以使得空载变压器励磁涌流得到控制。延迟合闸的策略是采用了变压器铁芯的磁通平衡效应, 以达到抑制励磁涌流的效果。
3.3 在中性点恰当地串联合闸电阻尺
在首相合闸之后, 因为中性点串联了电阻尺, 铁芯中的暂态磁通就会迅速地减少。有一种简单且经济的削弱空载合闸变压器励磁涌流的方法, 就是在变压器的中性点串入一大小合适的电阻, 三相延时合闸空载变压器, 这是改进的中性点串电阻法。通过对该方法下涌流峰值随中性点电阻值变化的分析, 从而选择出最佳的电阻值。
3.4 改变电阻尺值的方法
改变电阻尺值方法中, 串联电阻法是最常用的一种方法。在合闸的电路中, 串联一个比较合适的电阻来增大电阻尺的阻值, 从而降低合闸时刻稳态磁通的幅值, 减少励磁涌流的持续时间, 达到抑制励磁涌流的结果。
3.5 接入速饱和变流器抑制励磁涌流
接入速饱和变流器, 用来阻止励磁涌流传递到差动继电器中。当励磁涌流进入差动回路的时候, 对于速饱和变流器的铁芯来说, 它具有极易饱和的特性。所以只要合理调节速饱和变流器一两次侧绕组匝数, 就可以更好的消除励磁涌流对差动保护的影响, 从而减少励磁涌流的负面影响。
3.6 利用涌流波形具有明显的间断角的特征来避越涌流
目前有两种利用间断角原理的差动保护。一种方案是直接鉴别间断角的大小来判断是涌流或内部短路, 为防止涌流波形出现负谐波, 使间断角消失, 在继电器设计上采取了补偿措施来恢复一次涌流本来出现的间断角, 另一种方案是比较二次谐波和二次电流的变化率, 它利用内部短路电流和涌流两种情况时, 运用二次电流波形的连续同期性和涌流的间断性原理来区分涌流和短路电流, 该原理的保护也要附加差动保护以防止内部短路时电流很大, 利用涌流波形具有明显的间断角这个特征来避越励磁涌流。
3.7 改变变压器绕组的分布
变压器在产生励磁涌流时, 铁芯处于饱和状态, 铁芯及其磁导率接近于真空中的磁导率, 则此时变压器可看作一个空心线圈, 相当于铁芯从绕组中移出去, 其磁通线延伸到了铁芯以外的区域, 分周期量来磁化变流器的导磁体, 达到最小制动电流整合。另外, 工作绕组接入保护的差动回路, 平衡绕组可以按照实际需要接入电流回路或工作回路, 从而达到躲避励磁涌流的作用。
4 结语
在变压器空载合闸的时候, 可能产生较大的励磁涌流。比如电力变压器空载合闸投入电网时, 会产生很大的励磁涌流, 有可能导致变压器产生保护装置的误动作, 会产生不好的结果, 使变压器的寿命缩减。另外, 有电磁的干扰影响作用, 也会影响变压器周围设备的运行。因此, 对变压器合闸励磁涌流的抑制方法进行研究, 有着很大指导意义和重要作用。对励磁涌流进行抑制消除的研究, 仍然是我们所要面对的一项技术考验。励流涌磁的产生有多方面的原因, 我们要用科学的方法, 从各个方面对其进行研究, 找到合适的办法来抑制或者消除励磁涌流, 以减少励磁涌流对变压器及其整个系统的影响。
参考文献
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[2]唐跃中, 刘勇, 徐进量, 等.几种变压器励磁涌流判别方法的特点及其内在联系的分析[J].电力系统自动化, 1995.
合闸涌流 篇3
1 建立模型
按图1搭建双侧电源双绕组变压器电力系统的仿真模型, 选用各模块的名称及路径见表1。
在图1中, 三相电源Em的参数设置如图2所示, 电源En与Em电势相位差10°, 其他设置相同。
变压器T采用三相两绕组变压器模型, 选择“饱和铁芯”。为简化仿真, 变压器两侧的绕组接线方式相同, 电压等级也相同, 变压器T的参数设置如图3所示。
三相断路器模块QF1和QF2用来控制变压器的投入, 故障模块Fault1用于仿真变压器保护区内故障。仿真时, 主要改变它们的切换时间。为方便观察电流波形, 增加示波器模块, 示波器模块的参数需要按图4设置, 以便对励磁涌流进行谐波分析。
2 仿真分析
利用图1所示的模型分析三相变压器空载合闸过程时, 设置三相断路器模块QF1的切换时间为0 s, 仿真时间为0.5 s, 仿真算法为Ode23t。设置三相断路器模块QF2、故障模块Fault1的切换时间大于仿真时间, 使QF2、Fault1在仿真中均不动作。将电源Em的A相初相位设为0°, 运行仿真, 得到空载合闸后的三相励磁涌流的波形如图5所示。
观察空载合闸后的三相励磁涌流的仿真结果, 可以看出波形具有如下特点:1) 开始时非周期分量很大, 往往使涌流偏于时间轴的一侧。2) 包含大量的高次谐波。3) 波形之间出现间断。
通过Powergui模块中的FFT Analysis对励磁涌流波形进行谐波分析, 其分析界面如图6所示。
影响三相变压器励磁涌流波形特征的因素很多, 如三相变压器的接线方式、铁芯材料、合闸前铁芯磁通的大小和方向、电源电压大小和合闸初相角、系统等值阻抗大小和相角等。改变其参数设置, 可观察励磁涌流的变化情况。
3 结语
利用Matlab/Simulink建立了双侧电源双绕组变压器电力系统的仿真模型与搭建原理电路的过程相似, 建模和仿真的关键是正确设置模块参数并选择合适的仿真算法。仿真得到的变压器空载合闸后的三相励磁涌流的波形, 对于分析电力系统的工作状态、正确选择变压器继电保护装置具有重要参考价值。
Matlab/Simulink将一些难以理解的复杂公式形象化, 建模过程更接近实际电路设计过程, 简便直观、高效快捷, 是电气工程人员必备的工具软件。
摘要：利用Matlab中SimPowerSystems及Simulink工具箱建立双侧电源双绕组变压器电力系统的仿真模型, 进行空载合闸后三相变压器励磁涌流的仿真, 仿真结果清晰、效果明显, 可以定性和定量分析变压器的励磁涌流。
关键词：Matlab/Simulink,变压器,励磁涌流,仿真分析
参考文献
[1]李维波.MATLAB在电气工程中的应用[M].北京:中国电力出版社, 2009.
[2]于群, 曹娜.MATLAB/Simulink电力系统建模与仿真[M].北京:机械工业出版社, 2011.
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合闸涌流 篇4
1变压器空载合闸励磁涌流产生机理
变压器铁芯材料(硅钢片)励磁特性具有非线性特性,当铁芯磁通低于饱和时(即变压器处于空载的稳态运行时),此时的励磁电流是十分小的,仅占额定电流的0.2%~1%。但是,当变压器空载合闸时,就会收到变压器铁芯剩余励磁及当变压器刚刚进行初载合闸时初相角所带来的随机性,而导致铁芯磁通逐渐趋于饱和状态,产生较大幅度值的励磁涌流,尤其是当变压器的实际电压在过零点进行合闸时,此时是铁芯之中磁通值最大的情况,所以铁芯的饱和程度也十分严重,因此造成的励磁涌流也是最大的,其最大的峰值甚至可以达到变压器标准额定电流的6~8倍,对于低压隔离变压器,空载合闸所产生的励磁涌流,其最大峰值则能够达到变压器标准额定电流的30倍。如此大的励磁涌流的出现,势必会造成电网电压的不断波动,造成变压器的继电保护错误动作,从而诱发操作过电压,进而给电力电气设备带来严重的安全隐患。
2避免低压隔离变压器合闸涌流的新型方法分析
2.1软启动器避免低压隔离变压器合闸涌流的工作原理
图中:QF1-断路器、QF2-断路器或隔离开关、KM-接触器、FU-熔断器。
软起动器的主电路采用六个晶闸管反并联后串接于隔离变压器一次回路中。通过微处理器控制其触发角的变化来改变晶闸管导通角,由此来控制隔离变压器输入电压大小。当空载合闸完成后,软起动器输出达到额定电压。这时控制三相旁路接触器KM吸合,将隔离变压器投入低压电网运行。
2.2空载合闸(软启)
QF2断开,QF1闭合,启动软启按钮,软起动器的输出电压由起始电压(一般30%额定电压)按起动时间(2~100S可调,出厂设定12S)逐渐上升,当达到额定电压时,旁路接触器吸合,完成升压合闸过程,升压合闸完成时有信号灯提示。升压合闸过程中隔离变压器励磁电流小于空载电流。
2.3空载分闸(软停)
QF2断开,启动软停按钮,软起动器的输出电压由全压开始按设定时间(1~50S可调,出厂设定2S)逐渐减小,直到隔离变压器断电。此时断开QF1,可对隔离变压器调压、维护或检修。
2.4配置
由于低压隔离变压器电压低、电流大,而空载电流仅为额定电流的0.2%~1%。为了充分利用资源,软启动器按低压隔离变压器空载电流配置,而断路器、三相旁路接触器KM按隔离变压器额定电流配置。
2.5优势
第一,软启动器具备过载保护功能。这是因为在软启动器中引入了电流控制环,所以,对电机的电流变化情况可以起到实时检测的职能。同时,通过增加过载电流和反时限控制模式这一设定,也能够充分展现软启动器的过载保护功能。第二,软启动器具备着缺相保护功能。在实际的应用过程中,软启动器能够对三相电流的实际变化状态进行实时监测,因此当三相电流发生断流问题时,软启动器则会及时进行缺相保护。第三,软启动器具备过热保护功能。软启动器能够通过其内部的散热继电器,对晶闸管的实际散热温度进行准确的测量,从而及时发现晶闸管的实际问题是否已经超过了被允许的数值,一旦超过了这个数值以后,那么晶闸管会被自动关断,并发出报警信号。第四,软启动器具备测量回路参数的功能。电动机在实际工作过程中,正是因为软启动器内部的检测器,能够始终对电机的实际运行状态进行监视,并且能够将这些检测到的数据传输给CPU,由CPU进行处理、分析。因此,也就具备了对回路参数进行测量的功能。
3应用
以800k VA低压隔离变压器为例说明,客户为节能灯制造企业,现场夜间电压高、白天电压正常或稍低,隔离变压器经常需要分闸调压。
3.1产品主要技术参数及要求
型号:SGB10-800/0.4
3.2配置
软启动器额定电流选用10A,断路器(隔离开关)额定电流选用1250A。由于隔离变压器额定电流较大,旁路接触器改选为1250A低压断路器。
3.3效果
该隔离变压器已使用两年,空载合闸、分闸过程平稳,没有电压波动、继电保护误动、操作过电压等现象发生。
4结语
通过对变压器空载合闸励磁涌流产生机理的分析,阐述了利用软启动器空载合闸及分闸隔离变压器时避免合闸涌流及操作过电压的原理、方法,并想要进一步验证该方法是否安全可靠、成本低、安装方便,是否值得推广。在低压电源中,大量使用低压隔离变压器,隔离变压器的主要作用是使两个系统电气隔离,避免相互干扰,发现随着低压隔离变压器容量的不断增大,空载合闸励磁涌流的危害愈发严重,严重影响了大容量低压隔离变压器的应用。所以,我公司通过在多台低压隔离变压器上应用软启动器控制空载合闸、空载分闸,设置容量从100到1250k VA,取得了较好的效果,也达到了设计目的。
参考文献
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