[发明专利]受控开关设备及其使用方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明通常涉及到电气工程领域。本发明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。本发明也涉及到受控开关设备(CSDs)及其使用方法。

背景技术

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》(IEEE transactions on power delivery)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-r 0)。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。