特高压换流变压器励磁涌流选相合闸抑制方法研究

随机合闸空载特高压换流变压器产生的励磁涌流容易造成合闸失败。文中分析了换流变合闸涌流的特殊性，并从理论上分析了剩磁、合闸角及合闸电阻对合闸涌流的影响，提出了合闸电阻结合选相合闸的特高压换流变压器励磁涌流抑制方法。利用PSCAD软件结合某±800 k V特高压直流换流站实际工况开展建模仿真，比较分析了合闸电阻、选相合闸及同时采用这两种措施抑制励磁涌流的效果。结果表明合闸电阻随机关合产生的励磁涌流高达额定电流的5.4倍；合闸电阻结合选相合闸抑制方法在保证选相合闸偏差时间在±2 ms以内时可有效抑制励磁涌流到额定电流的2倍以下。该换流站断路器改造后换流变空载合闸一次成功，验证所提抑制方法的有效性。     

基于可变合闸角的变压器励磁涌流抑制方法

变压器空载合闸励磁涌流可能引发电网安全问题,采用固定峰值选相合闸抑制励磁涌流的技术尚有提升空间。提出一种基于可变合闸角的励磁涌流抑制方法及控制策略,采用主变压器高压侧或低压侧的电压互感器测算剩磁,并根据剩磁情况调整目标合闸角,阐明了影响剩磁的关键因素及目标合闸角优选原则。试制了装置样机并通过动模仿真及开关带电试验验证了该方法的有效性,为工程实用化提供参考。     

基于可变合闸角的变压器励磁涌流抑制方法

变压器空载合闸励磁涌流可能引发电网安全问题,采用固定峰值选相合闸抑制励磁涌流的技术尚有提升空间。提出一种基于可变合闸角的励磁涌流抑制方法及控制策略,采用主变压器高压侧或低压侧的电压互感器测算剩磁,并根据剩磁情况调整目标合闸角,阐明了影响剩磁的关键因素及目标合闸角优选原则。试制了装置样机并通过动模仿真及开关带电试验验证了该方法的有效性,为工程实用化提供参考。     

选相关合技术抑制空载变压器励磁涌流的实验研究

针对随机关合空载变压器产生励磁涌流的问题,采用选相关合技术来抑制励磁涌流。在分析选相关合空载变压器原理的基础上,研究了同时合闸策略、快速合闸策略和延时合闸策略下铁芯磁通的变化规律,并对比分析三种合闸策略的适用条件。最后搭建选相投切10 kV空载变压器实验平台,对有无剩磁时不同关合相位下的励磁涌流进行分析。实验结果表明:变压器铁芯无剩磁时,在电压峰值处合闸可以有效抑制励磁涌流;铁芯存在剩磁时,在电压峰值处合闸仍会产生励磁涌流。因此,有必要预测铁芯剩磁以确定最佳合闸相位,实现空投变压器的无冲击平滑过渡。     

特高压交流变压器选相合闸技术研究及工程应用

变压器空载合闸励磁涌流注入电网可能引起严重的电压暂降或谐波过电压问题,对交直流系统及设备的正常安全运行造成不利影响,目前国内多次出现超、特高压主变空载合闸励磁涌流引起电网异常的问题。选相合闸技术已在国内电厂升压变、高压直流系统换流变等场景有实际应用,但在特高压交流系统中尚属空白。针对国内在晋北特高压交流变电站示范开展的特高压主变选相合闸技术应用实践,介绍了基于剩磁测算的特高压变压器选相合闸技术原理,并结合晋北站特高压交流工程调试系统工况开展建模仿真,比较分析了不同措施抑制变压器励磁涌流的效果,并结合现场实测结果进行验证分析。结果表明,特高压主变断路器采用选相合闸技术可以有效抑制合空变励磁涌流,推广应用价值良好。研究成果可为特高压交流工程设计、设备选型提供参考。     

计及剩磁、合闸电阻及选相合闸策略的励磁涌流仿真评估方法

长链式薄弱电网中,变压器空载励磁涌流是制约电力系统和用户设备安全稳定运行的重要因素。首先针对剩磁评估、合闸电阻及选相合闸技术相结合的励磁涌流综合抑制措施进行介绍,并详细分析3种措施相互配合对励磁涌流的影响。最后,基于PSCAD仿真平台,搭建藏中联网工程电磁暂态模型并提出剩磁准确添加方法。空充主变压器励磁涌流试验结果与仿真结果高度吻合,充分验证了所提励磁涌流仿真评估方法的有效性。     

基于FPGA的空载变压器相控合闸系统设计

阐述了延迟合闸策略的原理,选择一种电力变压器作为代表,针对不同的剩磁情况对最佳合闸时间做了ATP仿真,据仿真结果确定最佳合闸时间的误差范围。同时,提出并设计一种基于FPGA的相控合闸系统,通过控制、记录前次分闸的时间和电压相位推算剩磁量,配合高准确度的永磁操动机构能够将误差控制在规定范围内,并搭建实验回路进行了涌流测试,实验表明系统能够有效削减励磁涌流。     

变压器励磁涌流抑制器工程应用及探讨

介绍了一种从根本上抑制和消除励磁涌流的新方法。论述了励磁涌流产生的机理,指出抑制励磁涌流的根本办法是防止磁通饱和。根据铁磁材料的时效特性指出剩磁不会自行衰减消失。利用分闸时刻电压角度计算出剩磁角度,然后通过控制下次合闸电压角度,控制合闸时刻偏磁与剩磁相位相反互相抵消,从而控制合闸总磁通不饱和,避免励磁涌流的产生。指出该方法不仅适用于单相断路器,同样也适用于三相断路器。介绍了涌流抑制器的2例工程应用实例,现场实测结果表明该抑制器可将励磁涌流有效抑制在变压器额定电流以下。     

330 kV变压器合闸励磁涌流分析

分析330 kV变压器合闸励磁涌流的影响因素,根据TRANSMAG-2D软件仿真计算结果和现场主变投运时的实际情况,得出不同的合闸角和剩磁是造成变压器在合闸时出现差异的主要原因。合闸角、剩磁及电网电压超过变压器实际档位电压时,对励磁涌流的影响较大,可对主变进行直流电阻测量后进行消磁处理,并在主变送电前将主变分接档位调整至1档。     

核电厂主变压器空载合闸励磁涌流控制的分析

针对国内某核电站主变压器充电失败的案例,该文从变压器励磁涌流的产生机理和其性质出发,分析了变压器励磁涌流的特点、危害和几种变压器励磁涌流的抑制方法。由于变压器的剩磁大小及极性与变压器分闸时的电压角度相关,而偏磁的大小及极性与变压器合闸时的电压角相关,所以只要记录分闸时电压角度,控制下次合闸时电压角度使得偏磁与剩磁的极性相反,即偏磁和剩磁起到抵消作用,合成磁通小于饱和磁通,则涌流被抑制。这种基于偏磁和剩磁互克的原理控制三相开关合闸时间方法具有较好的应用前景。另外,本文针对磁涌流抑制器提出核电站抑制变压器励磁涌流的电气二次设计方案。     

一种消除单相变压器励磁涌流的预充磁策略

变压器空载合闸或切除故障合闸都伴随着励磁涌流的出现,励磁涌流的大小受合闸角、剩磁、系统阻抗参数等因素的影响。提出了一种消除单相变压器励磁涌流的策略,利用预充磁装置改变变压器铁心中的磁通,当接近极限磁滞回线的剩磁时,控制断路器的合闸,从而消除励磁涌流。通过理论推导,确定了预充磁装置电容大小与电容电压之间的关系、铁心的充磁程度以及对应的相位。最后,以某单相变压器为例,利用Simulink仿真,验证了该策略。     

基于时间-电流曲线的变压器剩磁检测方法研究

文章从铁磁材料固有的磁滞现象角度分析了变压器剩磁产生的原因,提出了基于时间-电流曲线的变压器剩磁检测的方法。通过对电力变压器原边加载幅值相同的正负恒压源对变压器进行充放电,得到变压器的"时间-电流"曲线以判定变压器中有无剩磁及剩磁的极性。仿真及实验结果表明,基于时间-电流曲线的剩磁检测方法能够准确测量变压器是否存在剩磁及剩磁的极性,为变压器合理投切及抑制励磁涌流提供了参考依据。     

控制合闸电压幅值的变压器励磁涌流抑制方案

在分析变压器励磁涌流的影响因素和推导励磁涌流与各影响因素间数学关系的基础上,提出了一种基于合闸电压幅值控制的变压器励磁涌流抑制方案。该方案通过选择适当的合闸电压幅值控制曲线,对合闸电压的幅值进行控制,确保变压器空载合闸过程中产生的磁通不超过饱和磁通,从而达到抑制空载合闸励磁涌流的目的。根据磁通不等式约束与暂态磁通分量衰减规律给出了电压幅值控制函数,并推导了电压幅值控制函数中初值与变化斜率两个参数的上下限。采用PSCAD/EMTDC软件分别对单相和三相变压器不同状态下的空载合闸过程进行了仿真,并对磁通、励磁涌流、差动电流等参数进行了对比分析。仿真结果表明,通过控制合闸电压的幅值达到控制励磁电流大小的目的,能够将励磁涌流控制在数值较小的范围内,从而克服励磁涌流的影响。     

换流变压器交流消磁及验证装置的研究

为解决传统交流消磁设备存在消磁时间长及所需电压高的问题,在分析换流变压器剩磁产生及传统消磁原理的基础上,基于改进的交流消磁法,采用SPWM波来控制消磁电压的频率,实现精确调节消磁电流的目的。研制了换流变压器消磁装置,搭建试验回路进行消磁测量,通过测量环形铁芯的励磁电流,验证消磁装置的消磁效果。试验结果表明,对换流变压器铁芯加载正弦激励电压后,励磁涌流明显降低,体现了消磁装置的有效性,为电力换流变压器中的剩磁研究提供一种新的测量及消磁方法。     

特高压换流变故障性涌流产生机理及其对差动保护的影响

从磁链变化角度分析特高压换流变压器(简称换流变)阀侧发生单相接地故障时由换流阀单向导通性引起的励磁涌流(定义为故障性涌流)的产生机理和变化特点。以特高压直流输电系统中某一换流变为例,分析故障性涌流对换流变差动保护动作特性的影响。研究结果表明,故障性涌流容易导致换流变区外故障转区内时差动保护误闭锁。针对该问题,进一步分析发现,由于换流阀的单向导通性使得转换性故障发生后差动电流的直流分量存在由负极性到正极性反转的特征,进而利用该特征提出换流变差动保护闭锁逻辑改进判据。仿真结果证明了所提判据的可靠性。     

基于组合式开关的三相变压器励磁涌流抑制策略

针对变压器在空载或者轻载的情况下合闸通电可能引起一次绕组流过励磁涌流等问题,提出一种新颖的组合式开关分相控制思路：通过分析原边采用星形不接地连接方式的三相空载变压器的投切暂态过程,推导了空载变压器在投切瞬间的关联磁链状态,进而反推得到考虑剩余磁通时抑制空载变压器合闸涌流的动态最佳投切相角,改变依赖剩磁测量电路、预先设定固定相角的现有相控模式;建立基于ATP/EMTP的电力变压器模型以模拟其在接通和分断的瞬态过程,获得投切瞬间的电压、电流、磁通等参数特征,验证了所提分相控制原理,给出了控制规律;为了实现分相控制策略,设计一种具有逻辑通信功能的新型三工作模态单极开关控制拓扑,对单极开关进行动态组合,可实现各极触头在最佳相位协调动作、统一控制;搭建硬件控制平台,验证所提控制策略可有效将励磁涌流限制在随机合闸时涌流大小的3%左右。     

变压器铁芯饱和统一模型建立及其判别方法

建立了变压器铁芯饱和的统一模型,推导出磁链最大值与电压突变时刻、突变前后电压相角差及突变后电压幅值的关系式,铁芯是否饱和与这些参数密切相关。发现电压降低(如系统发生故障或者非同期合闸操作)情况下也会产生铁芯饱和,因而以电压幅值降低作为变压器不会产生励磁涌流的依据并不可靠。进而提出一种基于电压量积分的铁芯饱和判别方法,该方法对空载合闸、故障切除、和应涌流、系统故障或操作等电压突变引起变压器铁芯饱和而产生励磁涌流,都能在半个周期左右的时间完成判别,为差动保护不经涌流闭锁提供了一种有效、快速的实现方法,可显著提高运行变压器发生内部故障时差动保护的动作速度。