受控开关设备及其使用方法技术

本发明专利技术描述了一种方法和一种电路，该方法和电路用于通过考虑变压器磁芯内的剩余磁通量来控制具有三个极同时动作的三相电路断路器的合闸以减小由电力变压器通电时产生的涌流。公开了一种方法以执行变压器的受控开关进而减小涌流。公开了一种方法，该方法可应用于任何结构的变压器，该变压器不限于Y‑Δ、Y‑Y、Δ‑Δ和Δ‑Y，具有浮动或接地中性线，以及任何向量组。

Controlled switching device and method of use thereof

The invention relates to a method and a circuit, the method and circuit for considering the residual flux in the transformer core to control with three generation at the same time closing three-phase circuit breaker in power transformer is energized by reducing the inrush current. A method is disclosed for performing a controlled switch of a transformer to reduce inrush current. Disclosed is a method of transformer the method can be applied to any structure, the transformer is not limited to Y, Y, Y Delta Delta Delta Delta and Y, with a floating or neutral grounding line, and any vector group.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请本专利技术要求于2014年7月2日向美国专利商标局提交的美国临时申请62/020,037“受控开关设备及其使用方法”的优先权，其通过引用并入于此。
本专利技术通常涉及到电气工程领域。本专利技术特别涉及一种减少由三相断路器(CB)控制的电力变压器通电时产生涌流大小的设备和方法，三相断路器的三个极同时动作，也被称为三极联动断路器或组合联动断路器。这项专利也可以应用于独立动作的单极断路器，可同时闭合所有三个电极。本专利技术也涉及到受控开关设备(CSDs)及其使用方法。
技术介绍
电力系统通常包括几个电力变压器装置。这样的电力变压器可以用作升压或降压变压器，这意味着他们是用来增加或减少一个电路的电压水平。电力变压器通常被电力公司用于发电、输电和配电等应用，也被应用于大型能源消费者，例如但不限于工业、石油和天然气、铁路运营商、大型建筑物和设施。当一个电力变压器断电时，剩余磁通可能留在电力变压器的核心。众所周知，通常由于剩余磁通，变压器不受控制的激发有可能产生涌流，涌流可达到变压器的额定电流值的数个数量级。这样的情况可能会对电气设备增加或产生压力，这些电气设备包括但不限于电力变压器和相关的断路器。带来的压力可能导致这些设备过早的损坏，可能会影响电力系统或发电厂的可靠性，也可能导致大停电或发电厂停机。很多年来，各种技术被发展用来减轻和(或)减少涌流事件。一项著名的用来缓解电力变压器涌流的技术是使用配备预插入电阻或合闸电阻的断路器。当前另一项减轻涌流的技术是使用断路器的时候同时使用滤波电感器。然而，这两个已知的技术需要使用更复杂的具有附加组件的断路器，结果证明很大程度增加了安装和维护成本。因此，众所周知，这些机械附件增加了维护操作的频率，降低了整体的可靠性。一篇题为“通过控制开关消除变压器涌流-I和II部分”的文章发表在期刊《美国电气和电子工程师协会-电力传输学报》(IEEEtransactionsonpowerdelivery)上，2001年4月的第16卷第2期，该文章公开了一种使用控制开关技术的新方法。文中描述了一种对断路器合闸进行控制的方法，基于变压器剩余磁通的大小和极性进行计算得到一个精确的电角值。这篇文章也证明使用同步电极动作的断路器可能减轻在合闸断路器时由于剩余磁通而产生的涌流。这种方法可能通过在一个最佳点同时合闸CB的三个相来实现，这个最佳点是与剩余磁通模式相关的函数。这种技术需要知道三个相中的剩余磁通，其中两相的剩余磁通大小要高于确定的阈值，而且要遵循典型的剩余磁通模式(+r-r0)。因此，这种技术限制了这种方法的使用范围。另一篇文章，题为“考虑到核心剩余磁通量的变压器可控制开关：一个真实案例的研究”,2002年发表在国际大电网会议(CIGRE)13–201论文集上，该文显示了在已证明领域使用上述技术的结果。使用具有独立动作极的断路器进行可控开关已证明能够有效地消除涌流。这种方法使用的断路器具有不同的关闭电角，根据变压器核心剩余磁通进行计算(延迟合闸策略)。变压器的每个相由于断电所产生的剩余磁通，对变压器电压进行数学积分计算得到。当电力变压器通电时，也采用这种方式对断路器的闭合角进行调整，从而使预期的通电所产生的磁通与这个相中剩余磁通相匹配或相等。在第一个相被合闸之前，电压零交叉边缘之后的n个半周期，合闸其他两个相。虽然这两篇文献显示了使用具有独立动作电极的断路器减轻涌入电流的方法是有效的，但是需要为同步动作断路器寻找一个类似的方法。例如，中压系统中安装的很多变压器使用了三相断路器，这些断路器的三个电极是同步动作的。美国专利US8310106公开了一种减轻电力变压器通电时产生涌流的方法，通过使用三相同时合闸的断路器或无相分离操作型断路器，不使用具有电阻器或其他设备的断路器。美国专利US8310106的这个方法规定了一个特定的使用范围，这里所有的三个相必须同时通电以减轻涌入电流。这个特定的使用范围也被规定该区域中所有三个相的稳态磁通和剩余磁通的极性要一致。同时，所述的这种方法规定了在特定的区域内标记的点，是稳态磁通和剩余磁通的交点，对于三相变压器中剩余磁通最小的相。另外，这个方法还规定了另一个点，就是三个相应该同时合闸。这一点是相的稳态磁通达到峰值时具有最大的剩余磁通。这种方法有一定的局限性，因为存在以下情况，即对于所有三个相，稳态磁通和剩余磁通的极性在同一区域不能达到一致。例如，如果电力变压器中不是采用三角形接法，三个剩余磁场通量之和总是不为0，它们都具有相同的极性。另外，也没有什么可以保证三个相中剩余磁通最小的相的稳态磁通和剩余磁通的交点总是处于特定的领域之内，如美国专利US8310106权利要求项1所描述的那样。因此需要开发一个新技术用来减轻现有技术中的缺点，目的是减少瞬变，比如但不限于变压器通电所产生的涌流和电压瞬变，因为使用了具有联动电极动作或三相独立电极断路器(即所有三个相因某个特定事件而同时动作)，而不管所说的变压器内的磁通量模式如何。因此，有一个需要来支持所有可能的变压器配置，例如但不限于Y-Δ、Y-Y、Δ-Δ和Δ-Y，具有浮动或接地中性线，以及任何向量组。
技术实现思路
本专利技术涉及通过控制断路器(3)的合闸来实现控制电力变压器(5)的可控开关的设备和方法，断路器(3)具有三相联动或独立电极动作(所有三个相同时动作)，目的是减少变压器通电所产生的涌流。更具体地说，这些设备和方法可以确定断路器(3)的最优电气开关角，根据变压器核心的每个相在先前断电时所产生的剩余磁通量。每个相的剩余磁通量是通过对变压器电压的数学积分计算得到，变压器电压采用仪器互感器(6或选择性8)进行测量。对每个剩余磁通量进行计算后，受控开关装置将确定断路器的关闭角，由此对应于具有最小剩余磁通的相。由于采用这种方法，受控开关装置能够在最佳电角时闭合断路器，然后实现在变压器通电时涌流的减少。根据本专利技术的一个目标，本专利技术公开了一种用来降低电力变压器(5)通电时产生涌流的方法，该电路中含有具有三极联动(3)或独立电极动作(所有三个相同时动作)的断路器。该方法包含的步骤为电路提供一个受控开关装置(7)用来给断路器(3)发送一合闸命令，目的是使其机械操作达到同步从而减少涌流。在这个例子中，CSD被连接到变压器高压侧的电压互感器(6)或选择连接到低压侧的电压互感器(8)上。该方法可实现变压器的开关可控。优选的方案是，当变压器中具有三相联动或独立电极动作(所有三个相同时动作)的三相断路器开闸或电力变压器未通电时，该方法允许所述的断路器在一最佳电角时重新合闸从而减少涌流。目前所公开的内容可应用于变压器任何类型的连接，可以但不限于Y-Δ、Y-Y、Δ-Δ和Δ-Y，具有浮动或接地的中性线，以及任何向量组。本专利技术的另一个目标，该方法在此进一步公开了以下步骤，调整CSD以在最佳电角时合闸电路的断路器，从而减少电力变压器通电时所产生的涌流。本专利技术的进一步目标，受控开关设备被连接到任何空载的电力变压器。然后该方法进一步包括了以下步骤，通过测量变压器高压侧和低压侧的电压来计算变压器磁芯内的剩余磁场通量，从而计算CB的最优电气关闭角。本专利技术的另一个目标，这里公开的方法包含了以下步骤，当知道变压器的剩余磁通时，减少由具有三极联动或独立电极动作(所有三个相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于减小由连接到电路的电力变压器所产生的涌流的方法，所述电路包括馈送有多相电流的断路器，该方法包括：‑允许电力变压器通电；‑利用断路器(CB)连接到所述电路；‑使用连接到CB的受控开关设备(CSD)；‑使用CSD向CB发送命令，以便以最佳角度将其合闸，从而实现减小涌流的目的；‑从保护或自动化设备中接收控制命令。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.02 US 62/020,0371.一种用于减小由连接到电路的电力变压器所产生的涌流的方法，所述电路包括馈送有多相电流的断路器，该方法包括：-允许电力变压器通电；-利用断路器(CB)连接到所述电路；-使用连接到CB的受控开关设备(CSD)；-使用CSD向CB发送命令，以便以最佳角度将其合闸，从而实现减小涌流的目的；-从保护或自动化设备中接收控制命令。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：-测量变压器的高压侧的电压或低压侧的电压；-计算所述变压器中的剩余磁通量；-基于所计算的剩余磁通量向所述断路器发送合闸命令。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述方法还包括：-测量多相电流的每相电压；-利用每相的所测得的电压的数学积分来计算剩余磁通量。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述方法还包括：-基于三相的最小绝对剩余磁通量计算两个电角值；-确定两个计算的电角值与两个计算的电角值的相的预期通量的交点；-确定两个其它相的剩余磁通量与它们的预期通量的交点；-确定两个计算的电角值与两个其它相位的剩余磁通量和它们的预期通量的交点之间的最小合闸角度离差；-在所确定的最小合闸角度离差处使所述电力变压器通电。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，所述方法还包括自动调节所述断路器的电气开关角度。6.根据权利要求5所述的方法，其中，基于内部磁通量(A，B和C)的水平的计算来调节所述断路器的电气开关角度。7.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其中所述方法还包括监测每相电压以确定所述剩余磁通量计算和用于发送合闸命令的最佳时间。8.根据权利要求7所述的方法，其中所述剩余磁通量的计算如下：φ(t)＝∫v(t)dt其中v是所述变压器高压侧或低压...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·伊杰迪尔，P·泰尔弗，
申请(专利权)人：维齐马克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA