抑制三相Y型连接负载启动暂态的方法与设备技术

一种抑制三相Ｙ型连接负载启动暂态的方法与设备，其特征在于，本发明专利技术一个包括一个合闸顺序控制器，ａ、ｂ、ｃ支路的开关Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ，从Ｙ型连接负载的中性点到地线的暂态抑制阻抗Ｚｎ，暂态阻抗Ｚｎ两端设有旁路开关，暂态阻抗Ｚｎ和负载之间设有断路开关，合闸顺序控制器分别与开关Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ以及旁路开关和断路开关连接。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一个关于减少三相电力系统中起动暂态的专利技术，特别是一种抑制三相Y型连接负载启动暂态的方法与设备
技术介绍
变压器，电抗器，电容器以及电动机是电力系统中的常用设备。当这些设备在电力系统中被起动时，一般都会引起诸如电压/电流冲击等起动暂态现象。这些起动暂态经常是由冲击电流涌进被起动的负载而导致的结果。起动暂态反馈到电力系统中去，会影响诸如计算机，医疗设备等对电能质量敏感的电力负载的正常运行。由于对电能质量灵敏的电子设备得到越来越多的应用，如何控制起动暂态问题开始得到电力工业的高度重视。在过去二十年里，主要有两种方法和装置被研制出来限制冲击电流。第一种方法预先接入阻尼电阻器或电感器。此预先接入的阻抗(如电阻器/电感器)分别串联在负载的每一相。当负载的一相被起动并且达到稳态后，该相相应的电阻/电感被短接。此类方法应用电阻来增加整个电路的阻尼，使暂态现象能够更快消失。这种方法的主要缺点是负载每一相都需要单独的电阻及其旁路电路。此类系统在一些美国专利中有过描述，如专利6,018,473，6,218,652，4,695,918等。第二种方法精确控制负载接入电力系统的开关/断路器的合闸瞬间。当系统某一相电压或电流过零时，该相开关/断路器在这一瞬间准确合闸。究竟选择电压或电流过零的瞬间，取决于负载的类型。对于容性负载，每一相的断路器在该相电压为零时合闸；对于感性负载，断路器在电压达到最大且电流为零时合闸。随着微机技术的发展，这种方法不但在技术上可以实现并且已得到了工业界的接受。然而，这种方法所使用的断路器需经过特殊设计，使其在广泛不同的安装和温度条件下均能保持一致的机械运行特性。此外，这种方法所允许的合闸时间误差非常小(小于2～5毫秒)。因此，这一方案的可靠性及复杂性使其不适于广泛应用。基于这一技术及其变化版本的专利有美国专利5,838,077，6,523,654等。上述的第一种方法的一种变种是把电阻连接在变压器中性点及地线之间。两篇文章曾描述过这一方案B.Holmgrem，R.S.Jenkins和J.Rinbrugent所著“变压器冲击电流”，此文章发表在1968年CIGRE会议期刊22期，第一卷12-03，1-13页；以及R.Yacamini和A.Abu-Nasser所著“三相变压器冲击电流的计算”，此文章发表在IEE电力应用期刊1986年1月刊，第133卷，序号1，31～40页。此两篇文章都描述了变压器三相的同时起动并得出中性点电阻对限制变压器冲击电流没有作用的结论。美国专利6,337,802也尝试简化第一种方法。其采用的方法是用一个串联电阻分别接入负载的每一相，从而达到或部分达到三个电阻的效果。这种方法适用于低压或中压整流设备。当用于高压电力系统时，由于需要数个额外的开关，此方法可能比基本的串联电阻方法更昂贵。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提出一种在三相电力系统中减少三相Y型连接负载a、b、c支路的启动暂态的新专利技术，即抑制三相Y型连接负载启动暂态的方法与设备。本专利技术一个包括一个合闸顺序控制器，a、b、c支路的开关Sa、Sb、Sc，从Y型连接负载的中性点到地线的暂态抑制阻抗Zn，暂态抑制阻抗Zn两端设有旁路开关，暂态抑制阻抗Zn和负载之间设有断路开关，合闸顺序控制器分别与开关Sa、Sb、Sc以及旁路开关和断路开关连接。本专利技术还包括对三相支路依据预先设定的次序进行分别启动；根据负载的类型来决定a、b、c支路的启动次序。本专利技术还包括一个从Y型连接负载的中性点到地线的暂态抑制阻抗Zn，这个暂态抑制阻抗Zn用来在第一、二、三次启动时，提供一个暂态电流通道。本专利技术采用对三相支路对应的第一、二、三相开关Sa、Sb、Sc依据预先设定的次序进行分别合闸，这里指的开关可以包括断路器；第二、三次合闸应该在第一、二次合闸并经过一段延时后再进行；一般来讲，这段延时可以是短到几个电气周期或长到几秒钟，但是，这个延时必须能够保证前一次合闸所产生的启动暂态能减小到足够小的程度，这一般需要5到15个电气周期。本专利技术进一步包括如何正确选择三相开关合闸顺序的设计方法，对于感性负载，合闸顺序应该是相a，然后是相b，最后是相c；对容性负载，合闸顺序应该是相a，然后是相c，最后是相b。本专利技术进一步包括在Y型连接负载的中性点加入暂态抑制阻抗Zn以及通过选择最佳暂态抑制阻抗Zn匹配值以确保第二和第三次合闸所产生的启动暂态同时最小化的设计方法，这个最佳暂态抑制阻抗Zn匹配值可以通过满足第二次和第三次合闸时的启动暂态幅度相同的条件来确定的。前面提到的最佳暂态抑制阻抗Zn匹配值可以通过两条曲线的交点来描述，这两条曲线分别是第二和第三次合闸时的启动暂态幅值和暂态抑制阻抗Zn值的关系曲线，最佳暂态抑制阻抗Zn匹配值就是这两条曲线的交点值，如图4所示。前面提到的最佳暂态抑制阻抗Zn匹配值可以通过满足两个电压都最小化的条件来近似确定，第一个电压是第一次合闸后第二相开关两端的稳态电压；第二个电压是第一和第二次合闸后第三相开关两端的稳态电压。这个最佳暂态抑制阻抗Zn匹配值也可以通过满足以上两个电压相等的条件来近似确，最佳暂态抑制阻抗匹配值可以近似为这两条曲线的交点值，如图5所示。前面提到的暂态抑制阻抗Zn可以包括电阻，电感和电容元件或它们之间的组合。前面提到的最佳暂态抑制阻抗Zn匹配值可以被描述为Y型连接负载开路电阻的函数。本专利技术进一步包括了针对不同的负载种类的最佳暂态抑制阻抗Zn值的设计参考对于三相之间有耦合的三相变压器，Zn最佳值为Zn＝R＝0.085Xopen这里，Xopen是变压器的开路阻抗，以上公式的中性点阻抗是个纯电阻，比较典型的这一类变压器是三柱型变压器或二次侧是三角形连接的变压器，这种情况下，涌流可以减少90％左右。对于三相之间没有耦合的三相变压器和电抗器，Zn最佳值为Zn＝R-jX＝0.085Xopen-jXopen/3这种情况下，中性点阻抗为一个串联的电阻和电容的组合，比较典型的这一类应用是三单柱型变压器和三相电抗器。对于电容器启动，Zn最佳值为Zn＝R+jX＝0.085XC+jXC/3这里，XC＝1/(ωCa)是电容器的开路阻抗，Ca是电容器组每相的电容值，ω是供电系统的角频率。对于感应发电机或电动机，Zn最佳值为Zn＝R＝0.085Xopen这里，Xopen是发电机或电动机的开路阻抗。这里给出的最佳阻抗值均为参考值，实际应用中，严格却保很高的精度性并不是必要的，采用近似的阻抗值可以取得几乎相同的启动暂态抑制效果。这个专利技术进一步包括在第三相启动完成之后，从Y型连接的负载中断开暂态抑制阻抗Zn的设计方法，暂态抑制阻抗Zn可以在第三次合闸并经过一段延时后再从系统中断开，一般来讲，这段延时只要能够保证第三次合闸所产生的启动暂态能减小到足够小的程度就可以了。这个专利技术进一步包括在第三相启动完成之后，采用一个旁路开关将Y型连接负载的中性点直接接地的设计方法，旁路开关可以在第三次合闸并经过一段延时后再进行操作，一般来讲，这段延时只要能够保证第三次合闸所产生的启动暂态能减小到足够小的程度就可以了。这个专利技术可以有三种实现方法(1)应用到现有负载中来减小其启动暂态；(2)用来生产制造一种专门的启动暂态抑制设备；(3)容入到负载设计中来生产制造“本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抑制三相Y型连接负载启动暂态的方法与设备，其特征在于，本发明一个包括一个合闸顺序控制器，a、b、c支路的开关Sa、Sb、Sc，从Y型连接负载的中性点到地线的暂态抑制阻抗Zn，暂态阻抗Zn两端设有旁路开关，暂态阻抗Zn和负载之间设有断路开关，合闸顺序控制器分别与开关Sa、Sb、Sc以及旁路开关和断路开关连接。2.一种抑制三相Y型连接负载启动暂态的方法与设备，其特征在于，对二相支路依据预先设定的次序进行分别启动；根据负载的类型来决定a，b，c支路启动的先后次序；Y型连接负载的中性点到地线的暂态抑制阻抗Zn用来在第一、二、三次启动时，提供一个暂态电流通道；暂态抑制阻抗Zn的选择是通过满足第二次和第三次启动暂态幅度都减少到最低限度的条件来确定的；3.根据权利要求1或2所述的抑制三相Y型连接负载启动暂态的方法与设备，其特征在于，启动暂态包括电压和电流。4.根据权利要求1或2所述的抑制三相Y型连接负载启动暂态的方法与设备，其特征在于，对于感性负载，启动顺序是a，b和c；对容性负载是a，c和b5.根据权利要求1或2所述的抑制三相Y型连接负载启动暂态的方法与设备，其特征在于，两次启动之间的延时是必需的，以确保前一次合闸产生的暂态效应已经消减到足够小的程度，典型的延时为1个到60个电气周期。6.根据权利要求1或2所述的抑制三相Y型连接负载启动暂态的方法与设备，其特征在于，暂态抑制阻抗Zn可以包括串联连接的电阻，电感和电容元件或它们之间的组合，设备启动后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文远，崔禹，
申请(专利权)人：徐文远，崔禹，
类型：发明
国别省市：