CN107947115A - 一种at牵引供电***中监测与抑制变压器直流偏磁*** - Google Patents

一种at牵引供电***中监测与抑制变压器直流偏磁*** Download PDF

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    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
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Abstract

本发明提供一种AT供电牵引变压器直流偏磁检测与抑制***，所述***包括检测终端、控制***和直流偏磁抑制装置；所述检测终端通过控制***与所述直流偏磁抑制装置相连。所述检测终端并联在牵引网馈线上，具有隔直通交的特点，所述直流偏磁抑制装置通过变压器抽头与牵引变压器相连。所述控制***包括检测与抑制算法平台，能够通过所述检测终端采集到的交流电流值计算出所含直流分量，并控制直流偏磁抑制装置产生与其大小相等，方向相反的直流电流，从变压器抽头处注入，以达到抑制直流偏磁的效果。本发明提供的技术方案简单可靠，可消除直流偏磁对AT牵引供电变压器安全稳定运行的影响。

Description

一种AT牵引供电***中监测与抑制变压器直流偏磁***
技术领域
本发明涉及一种直流偏磁抑制***，具体为一种牵引变压器直流偏磁抑制***。
背景技术
随着电网“西电东送、南北互供、全国联网”战略的实施,适合大功率、远距离输电的超高压直流输电技术得到了越来越广泛的应用。采用直流输电技术进行长距离输电,可以提高电力***运行的经济性、稳定性和调度的灵活性,具有广阔的发展前景。
然而在实际运行中发现,当直流输电***以单极大地回路运行方式时,易导致其周围交流变电站的变压器出现直流偏磁现象,换流变压器也会产生直流偏磁现象。造成变压器直流偏磁现象的还有地磁感应电流,太阳耀斑爆发会在长距离输电线路中产生地磁感应电流工,其峰值可达,频率在一之间,与交流***的工频相比可近似看作直流电流。
上述两种情况引发直流偏磁的过程基本相同。都是直流电流在两接地变压器间产生电位差,直流电流流过变压器使铁心饱和,导致励磁电流畸变,产生大量谐波,使铁心无功损耗增大, 还可能引起***的电压严重降低,导致***的继电器误动作。直流偏磁除了对电力***产生影响外,对变压器本身也有很大影响,严重的磁饱和会使正常情况下在铁心中闭合的磁通部分离开铁心,使变压器金属结构件损耗增加,导致局部过热现象,破坏绝缘,损坏变压器或降低使用寿命。
目前,国内外关于抑制流入变压器中性点直流电流的方法主要有种①在变压器中性点装设电阻,限制直流电流的大小；②反向电流补偿法,利用反向的直流电流来抵消或削弱直流电流的不利影响；③在变压器中性点装设电容,阻断直流电流。
上述方法主要是集中在在变压器中性点上安装附加装置,从而达到削弱或阻断变压器中性点直流电流的目的,对改变变压器本身结构以减小直流偏磁效应并没有进行过多的研究。
发明内容
针对以上提出的问题，未解决现阶段技术上的不足，本发明的目的就是提供一种AT供电牵引变压器直流偏磁抑制***，可以有效的解决牵引变压器直流偏磁的问题，提高安全稳定性，且该***从牵引变压器自身出发，通过牵引变压器本身结构来抑制直流偏磁，技术方案简单可靠。
本发明提供的技术方案是：一种AT供电牵引变压器直流偏磁检测与抑制***，所述***包括检测终端、控制***和直流偏磁抑制装置；所述检测终端通过控制***与所述直流偏磁抑制装置相连。所述检测终端并联在牵引网馈线上，具有隔直通交的特点，所述直流偏磁抑制装置通过变压器抽头与牵引变压器相连。所述控制***包括检测与抑制算法平台，能够通过所述检测终端采集到的交流电流值计算出所含直流分量，并控制直流偏磁抑制装置产生与其大小相等，方向相反的直流电流，从变压器抽头处注入，以达到抑制直流偏磁的效果。
优选的，所述的检测终端由101电流互感器及102传感器组成；其中，101电流互感器并联在牵引网馈线上，实时监测馈线电流，具有隔直通交的特点，无法直接对直流分量进行测量；102传感器将互感器采集到的数据传输给控制***。
优选的，所述的直流偏磁抑制装置包括：1)直流偏磁线圈；2)自动调谐电抗器；3)电源补偿模块。所述的直流偏磁线圈和自动调谐电抗器通过铁芯，分别联结在原边绕组和副边绕组上。
进一步，所述的直流偏磁线圈两端分别连接在牵引变压器-5％和+5％抽头处。
进一步，所述的自动调谐电抗器与电源补偿模块相连，并通过铁芯使直流偏磁线圈中感应出所需的直流电流并注入到牵引变压器二次侧中。
进一步，所述的电源补偿模块通过从控制***中接收到的控制信号，产生所需的补偿电流，并注入到自动调谐电抗器中。
优选的，所述的103控制***包括检测算法平台以及抑制算法平台，所述检测算法平台通过对从传感器处接收到的交流电流波形进行分析计算，得出牵引网馈线中所含的直流分量值；所述抑制算法平台根据所检测出的直流分量值产生控制信号，并将控制信号发送给直流偏磁抑制装置，使其产生能够与牵引网馈线中所含直流分量相消的电流。
优选的，所述检测算法为，首先通过利用Langevin函数对J-A理论模型进行拟合得到 M-H曲线，然后带入磁感应强度B和磁场强度H的函数关系式，得到直流偏磁时无磁滞的B-H曲线模型B＝f(H)，令f”(H)＝0可得偏移后的工作点；对直流检测装置所测得的电流波形进行积分，使S1＝S2，求出H0值；将所得H0值带入f”(H)＝0中可解得牵引网馈线中所含的直流分量值，并给出相反的直流电流调控值，以达到相消的作用。
附图说明
图1为本发明提供的变压器直流偏磁检测与抑制***结构示意图；
图2为直流偏磁抑制装置结构图；
图3为直流偏磁电流波形图；
图4为无直流偏磁和有直流偏磁磁滞回环对比图；
图5为励磁涌流波形图；
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图对本发明内容做进一步的说明。
本发明提供的牵引变压器直流偏磁检测与抑制***的结构如图1所示：所述***100包括：101电流互感器、102传感器、103控制***以及104直流偏磁抑制装置。其中，101电流互感器和102传感器组成***的检测终端部分。
所述变压器包括由两侧竖直铁芯和上、下两根水平铁扼连接组成的闭合矩形框架状的铁芯、以及分别缠绕在两侧竖直铁芯柱上的一次绕组和二次绕组组成，所述变压器为AT牵引变压器，所述变压器的一次绕组、二次绕组通过V/X方式进行联结。
所述检测终端并联在牵引网馈线上，通过101电流互感器检测出牵引网馈线中所含的交流分量，通过102互感器将所测得的交流电流波形传输到103控制***中。
所述控制***103通过检测算法对从检测终端所得交流电流值进行处理计算，得出牵引网馈线中所含的直流分量；通过抑制算法对所测得的直流分量值进行处理计算，得到所需的控制信号，并将控制信号传输到直流偏磁抑制装置中。
直流偏磁抑制装置结构图如图2所示：所述104直流偏磁抑制***包括1直流偏磁线圈、 2自动调谐电抗器和3电源补偿模块。所述3电源补偿模块与2自动调谐电抗器相连，通过接收从103控制***产生的控制信号对自动调谐电抗器进行电流补偿，并在1直流偏磁线圈中感应出所需的直流电流，从牵引变压器抽头+％5和-％5处注入，与牵引网馈线所含直流电流分量进行抵消，以抑制牵引变压器直流偏磁现象。
对本发明提出的一种牵引变压器直流偏磁下直流分量检测算法进行建模，如下所示：
首先对各个数字符号进行定义如下所示：
表1
J-A理论模型通过Langevin函数拟合，可得到的无磁滞磁化曲线模型为：
线路电流可表示为：
i(t)＝Idc+Iacsin(ωt) (2)
磁化强度的大小可表示为：
Mt＝Mdc+Mac (3)
由全电流定律可得：
Ht(t)＝Ni(t)/l＝N(Idc+Iacsinωt)/l＝Hdc(t)+Hac(t) (4)
有效磁场强度为：
Het＝H+αM＝Hdc+Hac+α(Mac+Mdc)＝Ht+αMt (5)
将式(5)带入式(1)可得，直流偏磁时的无磁滞磁化曲线模型：
磁感应强度和磁场强度的关系模型如下：
B＝μ0(H+M) (7)
将式(7)带入(6)中，可得直流偏磁时的无磁滞B-H曲线模型：
B＝f(H) (8)
对式(8)进行二次求导可得B"＝f"(H)，求得f"(H)＝0的点即为无磁滞B-H曲线的工作点。
根据图4可得，励磁涌流状态下交流电流呈非标准正弦波形，但仍符合面积S1＝S2的原则，对波形上下面积进行积分求出满足S1＝S2的H0点。
将得到的H0点带入到式f"(H)＝0中即可解得Hdc的值，通过式又可求得Idc的值，即为所要求的直流分量的值。

Claims (8)

1.一种AT供电牵引变压器直流偏磁检测与抑制***，所述***包括检测终端、控制***和直流偏磁抑制装置；所述检测终端通过控制***与所述直流偏磁抑制装置相连；所述检测终端并联在牵引网馈线上，具有隔直通交的特点，所述直流偏磁抑制装置通过变压器抽头与牵引变压器相连；所述控制***包括检测与抑制算法平台，能够通过所述检测终端采集到的交流电流值计算出所含直流分量，并控制直流偏磁抑制装置产生与其大小相等，方向相反的直流电流，从变压器抽头处注入，以达到抑制直流偏磁的效果。
2.根据权利要求1所述的一种AT供电牵引变压器直流偏磁抑制***，其特征在于：
所述的检测终端由101电流互感器及102传感器组成；其中，101电流互感器并联在牵引网馈线上，实时监测馈线电流，具有隔直通交的特点，无法直接对直流分量进行测量；102传感器将互感器采集到的数据传输给控制***。
3.根据权利要求1所述的一种AT供电牵引变压器直流偏磁抑制***，其特征在于：
所述的104直流偏磁抑制装置包括：1)直流偏磁线圈；2)自动调谐电抗器；3)电源补偿模块；所述的直流偏磁线圈和自动调谐电抗器通过铁芯，分别联结在原边绕组和副边绕组上。
4.根据权利要求3所述的一种AT供电牵引变压器直流偏磁抑制***，其特征在于：
所述的直流偏磁线圈两端分别连接在牵引变压器-5％和+5％抽头处。
5.根据权利要求3所述的一种AT供电牵引变压器直流偏磁抑制***，其特征在于：
所述的自动调谐电抗器与电源补偿模块相连，并通过铁芯使直流偏磁线圈中感应出所需的直流电流并注入到牵引变压器二次侧中。
6.根据权利要求3所述的一种AT供电牵引变压器直流偏磁抑制***，其特征在于：
所述的电源补偿模块通过从控制***中接收到的控制信号，产生所需的补偿电流，并注入到自动调谐电抗器中。
7.根据权利要求1所述的一种AT供电牵引变压器直流偏磁抑制***，其特征在于：
所述的103控制***包括检测算法平台以及抑制算法平台，所述检测算法平台通过对从传感器处接收到的交流电流波形进行分析计算，得出牵引网馈线中所含的直流分量值；所述抑制算法平台根据所检测出的直流分量值产生控制信号，并将控制信号发送给直流偏磁抑制装置，使其产生能够与牵引网馈线中所含直流分量相消的电流。
8.根据权利要求1所述的一种AT供电牵引变压器直流偏磁抑制***，其特征在于：
所述检测算法为，首先通过利用Langevin函数对J-A理论模型进行拟合得到M-H曲线，然后带入磁感应强度B和磁场强度H的函数关系式，得到直流偏磁时无磁滞的B-H曲线模型B＝f(H)，令f”(H)＝0可得偏移后的工作点；对直流检测装置所测得的电流波形进行积分，使S1＝S2，求出H0值；将所得H0值带入f”(H)＝0中可解得牵引网馈线中所含的直流分量值，并给出相反的直流电流调控值，以达到相消的作用。
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