郭明荃 崔勝 吳占友
摘要:針對變壓器勵磁涌流的危害和影響,為增強電力系統整體運行的穩定性和可靠性,對抑制勵磁涌流的方法進行了研究和對比,為工程設計提供了理論基礎和解決措施。
關鍵詞:變壓器;勵磁涌流;抑制
0? ? 引言
海上石油平臺通常遠離陸地,供配電系統相對獨立性很高,具備“孤立電網”的特點。為實現節能減排的目標,目前海上平臺越來越多地采用區域組網方式供電,在區域組網供電方式下,出現了電站單機容量小,而輸出或聯絡變壓器容量相對較大的現象。大容量變壓器在空載合閘時會產生幅值很大的勵磁涌流,直接影響局部單體電站的穩定運行,甚至會造成發電機跳閘停機。
1? ? 抑制變壓器勵磁涌流的新方法及論證試驗
1.1? ? 基于固態晶閘管軟啟動器抑制變壓器勵磁涌流
根據公式(1),傳統的變壓器勵磁涌流抑制方案一般是從控制公式中的電感L、電阻R、合閘初相角α入手,其實通過控制Um也可實現變壓器勵磁涌流的抑制。
該方案基于固態晶閘管軟啟動器可以控制輸出電壓的原理,使用軟啟動器的電壓斜坡功能來為變壓器的原邊緩慢提升電壓,可以使其一開始的三相電勢差最小。通過原邊電壓的線性升高來為變壓器充磁,建立工作磁場。
系統方案具體如下:
根據固態晶閘管對輸出電壓的控制原理,利用固態晶閘管軟啟動器的CPU對固態晶閘管進行相角觸發控制,以降低加在變壓器上的電壓,然后慢慢提高加在變壓器上的電壓和電流來使變壓器充磁,直到變壓器達到額定電壓,可零壓啟動。這種啟動方式可以降低變壓器的啟動電流,避免啟動過流跳閘,也可以減少對變壓器、發電機組等設備的沖擊。
在啟動過程中,將軟啟動器接入大變壓器與配電電源之間,將旁路啟動電源接入軟啟動柜,軟啟動柜以判斷進線柜狀態信號作為軟啟動器是否允許啟動的條件,在進線柜合閘時軟啟動器認為允許啟動,啟動后采用電壓斜坡控制方式進行線性升壓,在啟動完成后軟啟給出旁路合閘信號,軟啟動柜收到旁路合閘信號后給大變壓器正常進線柜合閘指令,變壓器進線柜合閘后,軟啟動柜撤銷給軟啟部分的啟動信號,軟啟部分停止工作,啟動過程完成。
1.2? ? 變壓器軟啟動抑制勵磁涌流的實際應用
渤海某組網改造項目中WHPA-MV-001 6.3 kV母段改造,新增一臺高壓軟啟動柜,改造后的一次系統圖如圖1所示。
設計方案中軟啟動器為一拖四形式,需啟動電機三臺、變壓器一臺。變壓器主要參數如下:容量為6 300 kVA;變比為6.3/35 kV;Z=8%。
系統工作時,變壓器為空載啟動,啟動時會產生較大的勵磁涌流,故使用軟啟動降壓啟動,通過降低一次電壓來降低磁通,從而使啟動時勵磁涌流下降,減少對電網的沖擊,達到使用要求。
由于實際使用時,變壓器內仍有剩余磁通,可能會與啟動時勵磁疊加,導致第一個正弦周期的沖擊電流峰值進一步加大,故對軟啟動空載啟動變壓器進行相關試驗,通過測量相關數據進行比對、檢驗,減少該系統方案的風險。
實際應用試驗步驟:
(1)軟啟動柜接通控制電源后,將模式調整為變壓器啟動模式,設定限流的電壓斜坡,與試驗用變壓器參數相匹配;啟動初始電壓由軟啟廠家確定,初步定為額定電壓的10%左右,即40 V,啟動時間15 s,可根據實際情況進行調整。
(2)相關檢測儀器設備完成設置和調試,電能檢測裝置設定CT變比,數值由現場提供。
(3)軟啟啟動:確認軟啟上方的隔離刀閘開關合閘、跳閘復位,進線側電源合閘輸入,按操作說明步驟順序啟動負載變壓器。
(4)按設定啟動、斜坡升壓,電能檢測裝置、示波器記錄相關電能參數:電流、電壓、頻率、諧波波動等。具體請相關儀器提供方進行指導。
(5)變壓器正常啟動至額定電壓,記錄相關參數完畢后,按軟啟操作流程說明,關斷回路。
(6)重復步驟(3)~(4),記錄多次啟動數據,用于比對。
(7)按變壓器廠家正常調試接線方式,將軟啟進線側電源直接接至試驗用變壓器一次側,相關儀器仍保持待檢測狀態。
(8)不經軟啟,直接啟動變壓器,相關儀器記錄數據參數后,關斷回路。
(9)重復步驟(8),記錄多次啟動數據,用于比對。
(10)對比前后多組數據,主要比對使用軟啟后空載變壓器啟動時勵磁涌流降低程度。
(11)根據實際數據,得出試驗結論。
具體的試驗結果如圖2所示。
通過試驗及實際應用可以看出,軟啟動對于降低變壓器啟動過程中的勵磁涌流具有很好的效果,所以對變壓器采用軟啟動方式,對于限制沖擊電流還是非常有效的,取得了非常好的應用效果。
2? ? 變壓器勵磁涌流抑制方法比較
變壓器勵磁涌流抑制方法綜合對比結果如表1所示。
3? ? 結語
本文對幾種變壓器勵磁涌流抑制技術做了分析對比,其中利用變壓器軟啟動抑制勵磁涌流的方案,利用固態晶閘管軟啟動器的電壓斜坡控制方式,使加在變壓器原邊繞組側的外施電壓由零逐漸升至額定電壓。因外施電壓不是突然增加,繞組磁路中將不產生單極性的偏磁,從而不會導致磁路飽和及勵磁涌流,可實現無擾動的變壓器投運。該方法具有工作原理比較簡單、電力計算快捷、工程實用性好等特點,克服了常規的變壓器空載合閘及其他啟動方式存在的不足,對大變壓器啟動過程中勵磁涌流能夠進行有效治理,具有很好的應用前景。
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收稿日期:2020-09-07
作者簡介:郭明荃(1986—),女,天津人,高級工程師,主要從事海洋工程電氣設計工作。