基於磁溫度補償具有直流偏磁抑制功能的新型電力變壓器的製作方法

2023-07-23 10:09:36

專利名稱：基於磁溫度補償具有直流偏磁抑制功能的新型電力變壓器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電氣工程領域，具體指一種可以自適應抑制變壓器中性點直流偏磁的裝置，具有智能特徵的電力變壓器。
背景技術：
主要有兩種原因可以引起大地直流電位差，進而在交流變壓器中性點引入直流電流:其一是大地「磁暴」現象，會引起的電網中的低頻環流；其二是直流輸電系統單極運行方式，如果與其並行運行的交流輸電系統變電站中性點接地的變壓器距離換流站不遠，就會使得交流變壓器的接地中性線在變壓器的勵磁電流中產生直流分量，通過輸電線路和另一端的變壓器中性點形成迴路。值得注意的是，我國「西電東送，南北互供，全國聯網」電力網建設中採用了遠距離大功率直流輸電方式(HVDC)。變壓器中性點引入的直流電在變壓器內部形成直流偏磁，可以使鐵心磁通嚴重飽和，勵磁電流高度畸變，產生大量諧波，噪聲明顯增大，金屬構件損耗增加，無功損耗增加，嚴重時可能會導致局部過熱現象，破壞絕緣，以致損壞變壓器或降低壽命。1989年3月13日，直流偏磁現象引起加拿大魁北克水力發電中斷，美國東海岸發電站的大型升壓變壓器被毀，其中連接兩個低壓繞組導線的銅接線頭燒毀，電網SVC裝置的繼電保護誤動作，大量電容器退出運行，系統電壓崩潰，最終失去9500MW負荷，電網解列了近9個小時。目前，電力網安全運行中非常重視電力變壓器在直流偏磁作用下的安全運行問題。而對應於大地直流電位引起直流偏磁採取的抑制方法主要有四種:中性點串小電阻法、電容隔直法、電位補償法及直流電流反向注入法。1992年，美國專家以魁北克水電站Radisson/LG2聯合體為對象，提出了幾種抑制直流電流的方案，其方法是將中性線串聯工頻阻抗較小的電容器，以間隙、可觸發間隙及MOV等實現中性點電容器的快速過電壓保護，方案還配備有機械旁路開關。美國DEI公司1996年初開發了 4套變壓器隔直裝置；2003年又根據SMENS公司提供的參數開發了 10套變壓器隔直裝置，並用於靠近印度的一條HVDC終端站的變壓器。此裝置由I個4000uF(50Hz )隔直/通交電容器和2組反並聯的大電流旁路通道以及機械開關旁路組成。近年人們利用電力電子技術開發「電容器+晶閘管旁路」方式的變壓器中性點隔直裝置。歐洲多個國家也投入大量人力、物力研製開發了各類變壓器直流偏磁抑制裝置。我國電力網存在直流偏磁問題。江蘇500kV上河主變壓器、三峽龍泉一江蘇政平500kV直流輸電系統中的常州武南變電站兩組500kVA主變壓器、貴廣直流線路中春城站主變壓器均受到直流偏磁的影響。申請者從1996年開始進行有關直流偏磁問題的研究，曾分析了 2007年遼寧撫順電力局勝利一次變電站22萬伏18萬千伏安電力變壓器出現的直流偏磁問題(檢測到2-11安培偏磁電流、引起高達90分貝的噪聲)。直流偏磁問題越來越得到我國學者的廣泛關注，許多學者多年來也對直流偏磁問題開展研究及開發補償裝置。清華大學提出了一種小電阻裝置用於變壓器中性點直流偏磁的抑制。該裝置主要由一無感電阻和間隙組成，並於2005年在現場進行了安裝與測試，對抑制變壓器中性線直流電流有明顯效果。有學者介紹了變壓器中性點注入反向直流電流的方法，其主要原理是電源經過調壓器後再經過矽整流經輔助接地極和變壓器中性點迴路向變壓器中性點注入反向直流電流。2007年有學者提出了一種基於電位補償原理的校檢變壓器中性點直流電流的新方法，其原理是在變壓器中性線中間串聯一個小電阻，通過外部電源在該電阻上形成一個直流點位，以此調節變壓器中性點的直流點位來達到減小流入變壓器繞組直流電流的目的。國內也開展了電容隔直裝置的研究與開發工作。華北電力大學、西安交通大學、浙江大學等高校也都做了大量工作，有效地抑制了變壓器直流偏磁的影響。但是，各種方法都存在一定的問題。小電阻限流法無法完全消除中性點直流電流，有時候不得不採用較大阻值的電阻，有可能影響主變壓器中性點絕緣強度；電容隔直法雖然能夠較好地消除中性點直流電流，但影響變壓器的有效接地，對主變壓器中性點絕緣強度要求較高，應對電網短路故障能力較差；中性點注入反向電流限制法需要另外建補償接地極，補償地極的選取極其困難。並且在遠距離輸電系統，補償電流的效率將降低，直流發生器的功率將倍增，大電流入地也加重了地網負擔,加速接地網腐蝕,應用成本極高；電位補償法耗電量大，裝置較昂貴，補償地極的選取也較困難。目前對於變壓器直流偏磁的抑制，基本都是在變壓器外部電路附加直流偏磁抑制和補償裝置來實現的，以某種方式影響了中性點良好接地及變壓器應對突然短路的能力，不同程度增加了電力網安全運行隱患。當前尚未見到從變壓器自身設計的角度，在變壓器內部建立有效的結構體系，實現抑制變壓器直流偏磁的有效方法。如果在變壓器電磁運行機理上提供抑制直流偏磁影響的能力，而不改變電力變壓器外電路(特別是中性點)的連接，將有可能從根本上解決直流偏磁問題，並能夠保證變壓器安全運行。

發明內容
發明目的:
本發明提供了一種基於磁溫度補償具有直流偏磁抑制功能的新型電力變壓器，採用了一種磁溫度補償材料，組成新的變壓器鐵心結構，其目的在於:通過磁溫度補償材料在由直流偏磁現象引起的變壓器鐵心溫度變化時，實現對變壓器磁路磁阻的調節，完成對變壓器直流偏磁現象的有效抑制。技術方案:本發明是通過以下技術方案實施的:
基於磁溫度補償具有直流偏磁抑制功能的新型電力變壓器，所述變壓器包括鐵心和繞組，其特徵在於:
鐵心由普通電工鋼片和磁溫度補償材料組成，磁溫度補償材料設置在普通電工鋼片的內部，普通電工鋼片及磁溫度補償材料組成主磁路，主磁路的兩側為第一旁柱和第二旁柱；繞組由一次側繞組、二次側繞組組成。優點和效果:
本發明不同於傳統的電力變壓器直流偏磁抑制方案。首先，不會對變壓器中性點產生任何影響，其次，無需選擇補償地極，對地網無任何腐蝕，特別的在遠距離輸電系統中，補償效率更高。因此，不會因為偏磁電流的補償而增加電力網安全運行隱患。本發明在變壓器內部建立有效的結構體系，實現抑制變壓器直流偏磁的有效方法。在變壓器電磁運行機理上提供抑制直流偏磁影響的能力，而不改變電力變壓器外電路(特別是中性點)的連接，僅需要很小的直流，就能夠產生較強的補償磁通，且可以實現斷電補償。從根本上解決了直流偏磁問題，並能夠保證變壓器安全運行。


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圖1為本發明的結構示意圖。附圖標記說明:
1、普通電工鋼片，2、磁溫度補償材料,3、主磁路,4、第一旁柱,5、第二旁柱,6、一次側繞組，7、二次側繞組，8、變壓器。
具體實施方式
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下面結合附圖對本發明進行具體說明:
本發明提供一種智能型電力變壓器，將磁溫度補償材料植入到傳統變壓器之中，形成一種基於磁溫度補償的具有直流偏磁抑制功能的新型電力變壓器，
採用磁溫度補償材料，組成新的變壓器鐵心結構，通過直流偏磁現象引起的鐵心溫度升高，自動調節磁溫度補償材料的磁阻，完成對變壓器直流偏磁現象的抑制。這種新型的變壓器完全取消了原有變壓器在外電路引入的直流偏磁補償和消除裝置、避免了對電力變壓器中性點接地連接方式的任何改變，保證了變壓器中性點的安全接地。針對變壓器出現直流偏磁問題時，鐵心存在交流勵磁和直流勵磁共同耦合磁化作用，基於磁溫度補償的具有直流偏磁抑制功能的新型電力變壓器具有建立變壓器自身補償直流偏磁的能力，降低變壓器損耗，進而保障電力系統安全運行。本發明這種基於磁溫度補償具有直流偏磁抑制功能的新型電力變壓器，如圖1中所示，所述變壓器包括鐵心和繞組，其特徵在於:鐵心由普通電工鋼片I和磁溫度補償材料2組成，磁溫度補償材料2設置在普通電工鋼片I的內部，普通電工鋼片I及磁溫度補償材料2組成主磁路3，主磁路3的兩側為第一旁柱4和第二旁柱5 ;繞組由一次側繞組6、二次側繞組7組成。所述鐵心由普通電工鋼片I和磁溫度補償材料2共同組成。上述基於磁溫度補償具有直流偏磁抑制功能的新型電力變壓器的工作原理:
當變壓器8發生直流偏磁現象時，由直流偏磁現象引起的鐵心3溫度升高，使磁溫度補償材料2的磁阻增大，進而使變壓器工作點向上偏移，使變壓器更不易達到飽和，達到抑制直流偏磁的目的；當直流偏磁現象消失時，鐵心3的溫度逐漸下降，使磁溫度補償材料2的磁阻變小，導磁性能增強。使變壓器工作在正常狀態。本發明這種基於磁溫度補償具有直流偏磁抑制功能的新型電力變壓器，通過鐵心溫度變化調節磁溫度補償材料的磁阻，完成對變壓器直流偏磁現象的有效抑制。具有變壓器自身補償直流偏磁的能力，降低變壓器損耗，節能效果明顯，取得一定的經濟效益，對整個電力系統具有重大的實際意義。
權利要求
1.基於磁溫度補償具有直流偏磁抑制功能的新型電力變壓器，所述變壓器包括鐵心和繞組，其特徵在於:鐵心由普通電工鋼片(I)和磁溫度補償材料(2)組成，磁溫度補償材料(2 )設置在普通電工鋼片(I)的內部，普通電工鋼片(I)及磁溫度補償材料(2 )組成主磁路(3)，主磁路(3)的兩側為第一旁柱(4)和第二旁柱(5);繞組由一次側繞組(6)、二次側繞組(7)組成。
全文摘要
本發明涉及一種基於磁溫度補償具有直流偏磁抑制功能的新型電力變壓器，包括鐵心和繞組，鐵心由普通電工鋼片和磁溫度補償材料組成；繞組由一次側繞組、二次側繞組組成。通過鐵心溫度變化調節磁溫度補償材料的磁阻，完成對變壓器直流偏磁現象的有效抑制。具有變壓器自身補償直流偏磁的能力，降低變壓器損耗，節能效果及經濟效益明顯，適於在整個電力系統應用。
文檔編號H01F27/24GK103208352SQ201310083730
公開日2013年7月17日 申請日期2013年3月15日 優先權日2013年3月15日
發明者白保東, 陳德志 申請人:瀋陽工業大學