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變壓器勵磁涌流產(chǎn)生機理及抑制措施探討論文

時(shí)間:2021-06-13 19:38:26 論文 我要投稿

變壓器勵磁涌流產(chǎn)生機理及抑制措施探討論文范本

  1、變壓器勵磁涌流及特點(diǎn)

變壓器勵磁涌流產(chǎn)生機理及抑制措施探討論文范本

  變壓器是一種依據電磁感應原理制造而成的靜止元件,是交流輸電系統中用于電壓變換的重要電氣設備。當合上斷路器給變壓器充電時(shí),有時(shí)候,能夠觀(guān)察到變壓器電流表的指針有很大擺動(dòng),隨后,很快又返回到正常的空載電流值,這個(gè)沖擊電流通常就被稱(chēng)為勵磁涌流。

  總的來(lái)說(shuō),變壓器勵磁涌流有以下幾個(gè)特點(diǎn):第一,波形呈現尖頂形狀,表明其中含有相當成分的非周期分量和高次諧波分量,其中高次諧波以二次和三次為主,并且,隨著(zhù)時(shí)間推移,某一相二次諧波含量可能超過(guò)基波分量的一半以上。第二,勵磁涌流幅值與變壓器空載投入的電壓初相角直接相關(guān)。對于單相變壓器來(lái)說(shuō),當電壓過(guò)零點(diǎn)投入時(shí),勵磁涌流幅值最大。由于三相變壓器各相間有120度相位差,所以涌流也不盡相同。第三,在最初幾個(gè)波形中,涌流將出現間斷角。第四,涌流衰減的時(shí)間常數與變壓器阻抗、容量和鐵心材料等都相關(guān)。

  2、勵磁涌流產(chǎn)生機理

  變壓器勵磁涌流是由變壓器鐵心飽和引起的。在鐵心不飽和時(shí),鐵心磁化曲線(xiàn)的斜率很大,勵磁電流近似為零;一旦鐵心出現飽和,磁化曲線(xiàn)斜率變小,電流隨著(zhù)磁通線(xiàn)性增長(cháng),最終演變?yōu)閯畲庞苛鳌?/p>

  下面以單相變壓器空載合閘為例分析勵磁涌流產(chǎn)生機理。設變壓器在時(shí)間t=0時(shí)合閘,則施加于變壓器上的電壓為:

  (1)

  又,變壓器電壓與磁通間的關(guān)系為: (2)

  故: (3)

  式(3)中第一式為穩態(tài)磁通,后兩式為暫態(tài)磁通,為鐵心剩磁,與合閘時(shí)刻的電壓相關(guān)。

  計及成本和工藝,現代常用的電力變壓器飽和磁通一般設為1.15~1.4,而變壓器運行電壓一般不應超過(guò)額定電壓的10%。因此,變壓器穩態(tài)正常運行時(shí),磁通不會(huì )超過(guò)飽和磁通,鐵心也不會(huì )飽和。但在暫態(tài)過(guò)程中,如變壓器空載合閘時(shí),由于剩磁的作用,運行磁通就有可能大于飽和磁通,從而造成變壓器飽和。例如,最嚴重的是電壓過(guò)零時(shí)刻,合閘,假若此時(shí)鐵心的剩磁,非周期磁通為經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后,磁通達到,將遠大于飽和磁通,造成變壓器嚴重飽和。

  3、抑制措施

  對于現場(chǎng)中常用的三相電力變壓器,防止變壓器勵磁涌流引起差動(dòng)保護的措施主要有以下幾類(lèi)。

  3.1 采用速飽和中間變流器

  差動(dòng)保護按照躲開(kāi)最大不平衡電流進(jìn)行整定時(shí),帶速飽和原理的差動(dòng)保護能夠減少非周期分量造成的保護誤動(dòng),如BCH-2型就是一種增強型速飽和中間變流器的差動(dòng)保護。這種差動(dòng)保護的核心部分是帶短路線(xiàn)圈的飽和中間變流器和差動(dòng)電流繼電器。短路線(xiàn)圈的存在使得在具有非周期分量電流時(shí)繼電器的動(dòng)作電流大為增加,從而提高了躲避勵磁涌流和外部短路時(shí)暫態(tài)不平衡電流的性能。采用BCH-2型差動(dòng)保護要注意短路線(xiàn)圈匝數的確定匝數愈多躲避涌流的性能愈好,但內部短路時(shí)繼電器的`動(dòng)作延時(shí)就長(cháng)。對中小型變壓器,由于勵磁涌流倍數大,內部故障時(shí)非周期分量衰減快,對保護動(dòng)作要求又較低,一般選較大的匝數,而對大型變壓器,內部涌流倍數小,非周期分量衰減慢,又要求保護動(dòng)作快,則應選較小的匝數。最后選用的抽頭是否合適,應經(jīng)變壓器空投試驗來(lái)確定。同時(shí),靈敏度檢驗應按內部短路時(shí)最小短路電流來(lái)進(jìn)行。如不滿(mǎn)足要求,則應選帶制動(dòng)特性的差動(dòng)保護。與BCH-2型原理相同的還有DCD-2型差動(dòng)繼電器構成的差動(dòng)保護。

  總的來(lái)說(shuō),帶速飽和原理的縱差保護由于動(dòng)作電流大,靈敏度低,并且在變壓器內部故障時(shí),會(huì )由于非周期分量的存在而延遲動(dòng)作,已逐步被淘汰。

  3.2 二次諧波制動(dòng)

  依照勵磁涌流中含有二次諧波的特點(diǎn),設計了二次諧波制動(dòng)的方法,一旦保護檢測到差流中含有的二次諧波大于保護整定值,就閉鎖保護繼電器,防止勵磁涌流引起保護動(dòng)作。二次諧波制動(dòng)的動(dòng)作判據可寫(xiě)為: (4)

  其中,和分別為差流中的基波和二次諧波分量的幅值,為二次諧波制動(dòng)比,F場(chǎng)應用時(shí),根據運行經(jīng)驗和空載合閘試驗,一般按照躲過(guò)各種勵磁涌流下,最小的二次諧波含量整定。一般而言,二次諧波制動(dòng)比可設為(15%,20%)。

  二次諧波制動(dòng)的差動(dòng)保護原理簡(jiǎn)單,調試簡(jiǎn)便,靈敏度高,在當前變壓器縱差保護中應用廣泛。但是,在安裝有靜止無(wú)功補償裝置等電容分量比較大的系統,故障暫態(tài)電流中也有較大的二次諧波含量,致使差動(dòng)保護動(dòng)作速度受到影響。若空載合閘前變壓器已經(jīng)存在故障,合閘后故障相為故障電流,非故障相為勵磁涌流,采用三相或門(mén)制動(dòng)的方案時(shí),差動(dòng)保護必將被閉鎖。由于勵磁涌流衰減很慢,保護的動(dòng)作時(shí)間可能會(huì )長(cháng)達數百毫秒。這也是二次諧波制動(dòng)方法的主要缺點(diǎn)。

  3.3 間斷角鑒別的方法

  前面提到,在最初幾個(gè)波形中,涌流將出現間斷角。而變壓器內部故障時(shí)流入差動(dòng)繼電器的穩態(tài)差電流是正弦波,不會(huì )出現間斷角。間斷角鑒別的方法就是利用這個(gè)特征鑒別勵磁涌流和故障電流,即通過(guò)檢測差電流波形是否存在間斷角,當間斷角大于整定值時(shí)將差動(dòng)保護閉鎖。間斷角制動(dòng)的保護整定值一般設為65°。對于Y/d接線(xiàn)方式的三相變壓器,非對稱(chēng)涌流的間斷角比較大,間斷角閉鎖元件能夠可靠的動(dòng)作,并且裕量充足;而對稱(chēng)性涌流的間斷角會(huì )小于65°。進(jìn)一步減小整定值并不是好的方法,因為整定值太小會(huì )影響內部故障時(shí)的靈敏度和動(dòng)作速度。由于對稱(chēng)性涌流的波寬等于120°,而故障電流(正弦波)的波寬為180°,因此在間斷角判據的基礎上再增加一個(gè)反應波寬的輔助判據,在波寬大于140°(有20°的裕量)時(shí)也將差動(dòng)保護閉鎖。間斷角原理由于采用按相閉鎖的方法,在變壓器合閘于內部故障時(shí),能夠快速動(dòng)作。這一點(diǎn)是比二次諧波制動(dòng)(三相或門(mén)制動(dòng))方法優(yōu)越的地方。對于大型變壓器,可以同時(shí)采用兩種原理的縱差動(dòng)保護,能夠起到優(yōu)勢互補,加快內部故障的動(dòng)作速度,不失為一種好的配置方案。

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