变电站变压器涌流过大的原因及涌流抑制装置的应用分析

学术论文 2018-04-17 10:55:47
    伴随着现代工业的迅速发展,对电能及电力资源的使用也越来越广泛,电为生产、生活提供基本的动力保障。发电厂在对外进行电能输送时,为了满足远距离的电能输送,采取高电压输送模式,与此同时,需要设立变电站来连接发电厂到用户,以进行电压的调节,满足使用需求。变压器是利用电磁感应原理来改变电流的装置,是变电站中的主要设备,对于电能的持续、稳定、安全供应具有重要作用,变压器涌流又对变压器的工作效能有重要影响。
    1 变压器涌流及导致变压器涌流过大的原因
    所谓的变压器涌流,指的是空载变压器在刚刚接上电源的时候,在电源侧会出现超出额定电流很多倍的电流,进而对正常供电造成不良影响;产生涌流的基本的原因出现在变压器内部的铁心磁化曲线出现的非线性变化,涌流在时间上是连续存在的,但会呈现出暂态电流的状态。励磁涌流和和应涌流是变压器涌流的两种常见形式,一旦发生涌流会破坏变压器的保护功能的发挥,进而导致电气设备的破坏、影响整个电力系统,了解变压器涌流及其产生原因和影响因素是发挥变压器功用、发挥变电站功用的重要保障。
    电路流通过程中一旦产生励磁涌流,其大小能够达到额定电流的8倍左右,破坏作用可想而知。“当变压器进行空载合闸或变压器外部故障被切除后电压突然恢复时,由于其磁链不能突变,从而产生非周期磁链,使得磁链支路饱和”,进而产生励磁涌流。产生励磁涌流后会导致变电站变压器的作用受到限制,出现电压急剧下降、大量谐波涌入电网等现象,这对于整个电力系统中的部分设施设备都会造成影响,出现诸如计算机死机、继电保護设备的实效等等,影响严重。空载充电是变压器产生大量励磁涌流的原因之一,“同时对多个变电站的主变压器空载充电,会在变压器高压侧产生大量的励磁涌流,并在主变压器绕组中电磁感应出较高的暂态过电压”,一旦变电站中的多个变压器都产生过量的励磁涌流并汇集到一起,就会影响到原有的线路所具有的保护性能的阈值,进而产生跳闸、线路中断等供电事故。
    相较于励磁涌流,和应涌流的产生原因还多受变压器外部的诸多因素的影响,其产生的形式呈现出多样性的特点;同时值得注意的是,和应涌流产生后造成的危害和影响具有一定的滞后性和隐蔽性,这对及时发现故障并保障线路正常工作提出了更高要求,因此,正确认识和应涌流并了解其产生原理及危害颇具必要性。一般来说,“空投变压器的磁链最大值在合闸后的很短时间内达到,而运行变压器的磁链要经过一段时间才能达到”,根据这一原理,在合闸之后很短的时间内会产生起始涌流,继而和应涌流会逐渐达到一个峰值,达到最大之后又有一个逐渐衰退的过程。和应涌流的大小还与系统电源和变压器之间的电阻有关系,当整个电力系统的电源和变电站变压器之间的线路的阻值较大时,对和应涌流的产生发挥更加积极的推动作用,阻值越大,就能够以越快的速度使得变电站变压器达到饱和速度,进而就会产生越大的和应涌流;与此相反,当系统电源与运行的变电站变压器之间线路的电感较小时,变电站变压器达到饱和状态的时间就会较长、速度较慢,进而就会产生较小的和应涌流。另外,变电站变压器实际运行中会受到多种电源的影响,系统电源、供电方式等都会对线路中电能的流动和和应涌流的产生及其大小造成影响。
    2 变压器涌流抑制装置的应用
    变压器涌流抑制装置是为抑制变压器涌流的仪器设备,减小变压器涌流,进而对传输线路和电力安全起到保护作用,涌流抑制器的使用不仅对减小冲击主变时对系统的影响有明显的效果,而且对于保护自身的设备和较少保护误动的概率也是有很大的作用的。涌流抑制器的基本工作原理是通过控制变压器空投时电源电压的合闸相位角,让励磁、偏磁极性相反,进而消除产生励磁涌流的要素(磁路饱和),进而控制励磁涌流的产生及大小,而且对于保护自身的设备和较少保护误动的概率也是有很大的作用的。涌流抑制器的正是通过是对合闸点进行控制,调整合闸时间,从而控制涌流的产生及大小。涌流抑制器上的测量装置能够对断路器工作过程中产生脱离回路电源时的时间差进行测量,从而对合闸、分闸的时间进行调整、修正。图1为空投变压器工作时的涌流抑制装置的工作原理,通常情况下,变压器涌流抑制器只对断路器进行合闸的操作,“涌流抑制装置接受外部发来的合闸或分闸接点命令,在恰当的时机通过输出接点驱动线路器的合闸或分闸控制回路”,而分闸操作可以通过人工行为或者是相关的继电保护器来实现。
    3 空投变压器控制原理
    通过借助继电保护器来进行分合闸操作,使变压器涌流抑制装置发挥作用的基本原理是:继电保护器的分闸命令和合闸命令都通过涌流抑制装置传输给继电保护器的控制回路,从而实现抑制涌流的作用,图2为涌流抑制装置对继电保护器发挥作用的常见应用设置的一种:
    变电站变压器通过涌流抑制装置的应用来对励磁涌流及和应涌流发生作用,从而保证电流的稳定,保证持续、稳定的供电,涌流抑制装置还具有以下功能:一是其抑制涌流的作用不仅体现在对变电站变压器等方面,而且可以有效抑制输电线路及电容器等方面;二是涌流抑制装置能够实现经由三相联动的断路器的空投变压器或者是电抗器从而对励磁涌流发挥抑制作用;三是涌流抑制装置的发展对于变压器本身的更新升级提出了更高的要求,有利于变电变压器在结构设计及功能发展上的优化;四是涌流抑制装置对于整个电力系统地运行来说具有节能减耗的环保功能,通过涌流抑制装置,变电站的备用变压器能够按照冷备用的方式来运行,能够有效减少设备空转空载而带来的能源消耗问题。
    变电站变压器中励磁涌流和和应涌流这两者之间也是相互影响的,“励磁涌流的衰减会受到和应涌流的影响,而和应涌流的形成与许多因素有关,这是合闸变压器励磁涌流偏磁累积造成的”。通过借助涌流抑制装置对变电站变压器运行过程中的涌流发挥抑制作用是当前变电站变压器工作的内容之一,解决这一问题的关键还在于通过技术革新和研究来增强对变压器涌流的识别和认知,真正从技术上去解决问题,进而保护整个电力系统的持续、高效运转,而不能仅停留于通过外接装置来改善变压器的运行和工作。
    结语
    变电站变压器产生过大的涌流是多方面的因素造成的,空投变压器涌流是较为常见的,还有诸如变压器的初次级的不同电压侧出现电路短路的故障而进行的切除也会造成涌流的大量出现,从原始电源到变电站的长距离的运输电能的线路也是造成涌流过大的原因。涌流过大不仅破坏设施设备,而且对于整个电力系统的工作造成不良影响,所以借助涌流抑制装置来抑制变电站变压器的过量涌流,在借助外接设备进行干预抑制的同时,更重要的是加大技术投入与研究,充分认识涌流的产生并有效解决。
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