空载变压器相控投切技术研究

论文摘要

由于变压器铁芯磁通的饱和及铁芯材料的非线性特性,变压器空载合闸时易产生幅值很大的励磁电流,称之励磁涌流,会导致谐波放大甚至谐振、电网电压骤降、继电保护装置误动、敏感电力电子器件损坏、变压器绕组应力增大、诱发和应涌流与电动机振动老化等不良后果。长期以来人们致力于用物理或数学的方法针对励磁涌流特征进行识别,以期对励磁涌流加以躲避;或采用复杂昂贵的辅助设备,或在变压器本体上优化设计,不过总体效果差强人意,而选相投切技术则为彻底解决这些问题提供了新思路。选相投切技术其实质就是根据不同的负载特性,控制开关在电压或电流最有利的相位(电角度)完成合闸或分闸,以主动消除开关过程所产生的涌流和过电压等电磁暂态效应,或提高开关的开断能力,是当前国内外开关智能化的前沿课题之一。本论文从励磁涌流的产生机理及其危害,变压器建模,空载变压器选相投切的控制策略,选相控制系统的软、硬件设计等几个方面展开论述,为相控真空开关在国内的进一步研究与推广提供了参考与支持。单线圈永磁机构结构简单、体积小,在中压领域得到越来越广泛的应用。相控真空开关采用三相独立操动的单线圈永磁机构,其操作电源为由大功率电力电子器件控制的储能大容量电容器,通过多次的测试结果表明单线圈永磁机构能很好地满足相控开关的要求,是相控开关的理想选择。本文详细介绍了以DSP(TMS320LF2407A)为核心的永磁机构选相控制系统,该控制系统实时采集电网信号,经过FIR数字滤波提取零点,通过IGBT控制大容量电容器放电来驱动永磁机构,实现断路器在期望相位上分断或关合以减小暂态冲击。相关实验表明本系统已经初步达到了设计所要达到的预期效果,为以后的研究以及同步控制系统的完善和优化提供了有益的经验和参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 励磁涌流的产生机理及其危害
• 1.1.1 单相变压器励磁涌流
• 1.1.2 三相变压器励磁涌流
• 1.1.3 励磁涌流的危害
• 1.2 开关选相投切技术的提出与意义
• 1.2.1 抑制励磁涌流的常用方法
• 1.2.2 选相投切空载变压器技术及其优点
• 1.2.3 实现选相投切的关键技术
• 1.3 选相投切技术的应用现状与前景
• 1.4 论文结构和主要研究内容
• 2 变压器建模与动态磁化特性分析
• 2.1 饱和磁滞回线
• 2.2 局部磁滞回线
• 2.3 变压器的空载等效电路
• 2.4 本章小结
• 3 空载变压器选相投切的基本原理与控制策略
• 3.1 选相投切的基本原理
• 3.2 空载变压器的选相投切策略
• 3.2.1 励磁涌流与选相投切技术
• 3.2.2 单相变压器的投切策略
• 3.2.3 三相变压器的投切策略
• 3.3 本章小结
• 4 真空开关永磁操动机构动作时间的分散性分析
• 4.1 真空开关的永磁操动机构
• 4.1.1 双线圈永磁机构
• 4.1.2 单线圈永磁机构
• 4.1.3 分离磁路式永磁机构
• 4.1.4 三种永磁机构的优缺点比较
• 4.2 永磁机构操动时间分散性的影响因素与操动精度
• 4.3 本章小结
• 5 空载变压器选相投切装置的实现及实验测试
• 5.1 系统硬件结构设计
• 5.1.1 主控模块
• 5.1.2 信号处理采集模块
• 5.1.3 电子驱动模块及其改进
• 5.2 系统软件部分设计
• 5.2.1 FIR数字滤波器的设计与实现
• 5.2.2 系统的程序流程
• 5.3 选相控制系统的实验测试
• 5.3.1 永磁机构参数测试
• 5.3.2 控制系统选相精度测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢