电源变压器(6篇)
电源变压器篇1
1概述
随着电力电子技术及器件的发展，固态感应加热电源已在金属熔炼、透热、淬火、热处理、焊接等行业得到越来越广泛的应用。对于热处理行业的大部分负载来说，感应加热电源设备须经过负载阻抗匹配后才能正常工作。所谓负载阻抗匹配就是为了使电源输出额定功率，而采取的使负载阻抗等于电源额定阻抗的方法和措施。
对于一台电源设备，其额定电压UN和额定电流IN取决于电源本身，为使电源能输出额定功率，要求有合适的负载阻抗Z=ZN=UN/IN与电源匹配，如果Z≠ZN，电源与负载不匹配，电源利用率就降低。以简单的直流电压源为例：电源额定电压Ud=400V，额定电流Id=400A，额定阻抗|Zd|=1Ω，负载阻抗|Z|=1Ω时，电源输出额定功率；|Z|=0.5Ω时，输出电流为I=Ud/|Z|=400/0.5=800A，电源过载；|Z|=2Ω时，输出电流为I=Ud/|Z|=400/2=200A，电源轻载。图1可清楚的表明以上所说情况。
图1中，线1表示负载与电源匹配，线2表示电源重载，线3表示电源轻载。电源与负载不匹配时，为保证不损坏电源设备，只能降额运行，降低了电源利用率，适当的匹配可以使电源全功率运行，保证设备正常运转，减少故障。在实际中，很少有负载阻抗恰好等于电源额定阻抗的情况，负载匹配是感应加热装置安全可靠经济运行的一个必不可少的环节，是感应加热电源负载侧设计的重要内容。
2负载等效电路分析
感应加热装置的感应器支路可以等效成一个电阻和一个电感串联或并联的形式[1]，等效的电感、电阻是感应器和负载耦合作用的结果，其值受感应器与负载耦合程度的影响。等效感应器支路是一个感性负载，功率因数很低，需加入电容器进行无功补偿，补偿电容器与感应线圈的连接方式有串联和并联两种形式，从而形成两种基本的谐振电路：并联谐振电路、串连谐振电路。为了提高效率和保证逆变器安全运行，固态感应加热电源一般工作在准谐振状态，串联谐振电路和并联谐振电路的特性，见表1。
从表1可以看出，串联谐振电路在谐振状态下等效阻抗为纯电阻，并达到最小值，并联谐振电路在谐振状态下等效阻抗达到最大值，为了获得最大的电源输出功率，串联谐振电路采用电压源供电，并联谐振电路采用电流源供电，即电压源型感应加热电源必须匹配串联谐振型负载电路，电流源型感应加热电源必须匹配并联谐振型负载电路，这是电源与负载的初次匹配措施。
3负载匹配方案分析
负载匹配方法主要分为两大类：静电耦合和电磁耦合。静电耦合主要采用无源元件，通过改变电路拓扑结构来改变负载阻抗。这一方法在一定条件下可以省去匹配变压器，因此更加经济、方便。电磁耦合主要采用匹配变压器，通过变压器变换阻抗特性进行负载匹配。下面针对不同电路形式进行分析。
3.1并联谐振电路负载匹配方法
并联谐振电路等效阻抗ZD=L/RC，改变等效电路中的电容、电感、电阻的值都能改变阻抗，这一特性使并联谐振电路的阻抗匹配更加灵活。
3.1.1匹配电容元件
根据电容元件加入的位置不同，可以分为以下3种方法，分别示意在图2、图3及图4。
图2等效阻抗ZD=L/RC，其中C=C1＋C2＋C3，通过开关的开、合可以改变电容值，从而改变负载电路等效阻抗，此法简单易行，是实践中常用方法之一，但属于有级调节，调节时要求断电。另外，C的变化会引起电路谐振频率发生变化，负载谐振频率受工艺要求限制，当频率超出范围时应配合匹配电感的方法来抵消频率的变化。注意，所有匹配方法都应考虑频率的变化，处理方法类似，以后不再叙及。
图3等效阻抗ZD=LCs/〔RC(C＋Cs)〕，可见加入Cs后，阻抗成Cs/(C＋Cs)倍变化，可使原来的等效阻抗变小，适用于阻抗相对电源来说高的负载。
图4是串并联负载电路，电路仍工作在并联谐振状态，工作情况与并联谐振电路类似，Cs的加入使容性阻抗增加。该电路优点是启动容易，通常作为晶闸管感应加热电源的起动电路，单纯作为负载匹配措施则较少使用。
3.1.2匹配电感元件
一般分为两种情况，分别如图5及图6所示。以上两种电路形式是通过加入可变电抗器改变感应线圈支路的电感，进而改变等效阻抗值，
图5串联电感的方式只能增加感应器支路的电感，图6的连接方式可以增大支路电感，也可以减小支路电感。由于并联谐振属于电流谐振，并联支路中流过谐振电流，达到电源电流的Q（Q=ω0L/R）倍，谐振电路等效电感增加会增加铜损。
感应加热电源负载匹配方法中利用电感匹配的方法可以归纳为以下几种。
——利用带铁心的多抽头电抗器，改变抽头调节电抗值，属于有级调节，调节时要求断电。由于制作工艺上的原因，抽头的数量受到限制，无法做到?调。
——采用动铁心电抗器，移动铁心与线圈的相对位置来改变电抗值，属于无级调节，调节时无须断电，可以跟随负载阻抗的变化，匹配效果好，容易组成稳定感应线圈上的电压，或恒温、恒功率自动控制系统，但铁心动作须经过一套传动系统，故障率较高，且须建立协调控制模型。
——采用动圈式变压器的形式，一次线圈与感应线圈并联，二次侧绕组自身短接，移动一次绕组与二次绕组的相对位置，便可以改变一次侧的等值电抗，属于无级调节。变压器必须采用空心变压器，一二次绕组相对位置的变化也须经过一套传动装置，故障率高，同样须建立控制模型。
——用磁饱和电抗器作为Lf，通过调节直流激磁电流来改变电抗值，属于无级调节。该方法无移动、旋转部件，也无触点控制，安全可靠，维护工作量小。
——增减感应线圈的匝数。在感应线圈的几何形状不变的条件下（感应线圈的长度和直径不变），感应线圈的电感与其匝数N的平方成正比，当匝数N增减时，感应线圈的电感L和工件的等效阻抗也会相应增减，从而改变负载的等效阻抗。
——改变感应线圈与被加热工件的耦合情况。感应器与被加热工件耦合的紧密程度直接影响感应器支路等效阻抗，从而影响谐振电路等效阻抗，但是，当感应器与工件的间隙增大，耦合较松时会降低加热效率，匹配效果有限。
3.1.3匹配电阻元件
负载匹配的根本目的是尽量使电源额定功率全部用于工件加热，也就是提高电源效率的问题，因此，在负载匹配的问题中，应结合有利于提高电源效率综合进行分析。在电路中加入电阻可方便地使负载阻抗与电源相匹配，但装置的损耗增加，加热效率降低，没有根本解决问题，不是可行的负载匹配方法。
3.1.4匹配变压器
利用电磁耦合进行负载匹配是通过变压器的变阻抗特性实现的，这在感应加热中非常普遍，采用的电路形式主要有两种，如图7及图8所示。变压器变阻抗特性以图7为例说明如下：变压器副边电路工作在谐振状态，等效阻抗ZD=L/RC，通过变比为n:1的变压器后，变压器原边的等效阻抗ZD=n2L/RC（忽略变压器漏抗的影响），可见阻抗成n2倍变化。
图7电路中感应器支路所需无功容量由并联电容器提供，负载电路工作在准谐振状态，匹配变压器通过少量无功功率，所需容量较小，匹配变压器原边流过电源电流，损耗不大，可以采用铁心变压器。图8电路中，匹配变压器中既通过有功功率又通过无功功率，所需变压器容量较大，铁心变压器容量受铁心制造水平限制，在传输容量大时难以胜任，所以此电路通常采用空心变压器，匹配变压器原边流过谐振电流，损耗较大。
利用匹配变压器进行负载匹配时应考虑以下选择原则。
——空心变压器易实现大容量化，?合于初级补偿，减轻了对C的要求，但随着电压、功率的上升，其体积相应增大。铁心变压器难以实现大容量化，无功须在次级补偿，增加了C的选择难度。另外，空心变压器漏感大，变比不等于匝比，在设计中难以掌握，变比较大时实现困难，铁心变压器漏感小，变比等于匝比，对于极低的负载阻抗可以做成较大的匝比。
——铁心变压器的铁损正比于频率的平方，高频时发热严重，这提高了对变压器冷却系统的要求，所以高频时常采用铁淦氧磁芯或空心变压器。
——当负载工作频率较高时，为保证匹配效率要求匹配变压器漏抗尽量小，这对匹配变压器的设计提出了更高要求。
——补偿电容C一般放在匹配变压器高压侧，在提供无功容量一定时，可大大降低电容值，当然，这需综合考虑所选电路形式、变压器和电容的市场售价而定。
——为适应多种负载，匹配变压器应设计成多抽头变压器，但抽头数量受变压器结构的限制，对负载的调节有限，难以做到最佳匹配。随着频率的增加，多抽头变压器的设计更加困难。
——随着铜价的上升，变压器造价会不断上升，而电容价格随着电容生产技术的发展有下降趋势，另外利用匹配变压器进行负载匹配须考虑其寄生元件的影响（漏抗、寄生电容），变压器铜损的存在也会降低电源效率，所以进行负载匹配时应首选静电耦合方法。
——匹配变压器可以起到电气隔离的作用。
3.2串联谐振电路负载匹配方法
通过对串联谐振电路负载特性的分析可知，串联谐振电路等效阻抗只与等效电阻R有关，改变等效电路中电容和电感值不影响等效阻抗，这一特性大大限制了串联谐振电路的负载匹配措施。
3.2.1改变感应器与工件的耦合
在并联谐振电路匹配电感的方法中已经提到，改变感应线圈与被加热工件间的耦合程度可以改变等效电阻，此法也适用于串联谐振电路阻抗匹配。
3.2.2负载串接
当负载阻抗小时，将数个完全相同的感应线圈和被加热工件串接起来可以增大负载等效阻抗。
3.2.3匹配电容元件
图9（a）为匹配电路，该电路仍工作于串联谐振状态，即谐振时并联部分相当于感性负载，图9（b）为图9（a）的等效电路，其中可见，Cs的加入影响串联谐振电路等效电阻，从而影响串联谐振电路等效阻抗。在一定频率下负载的感性无功功率一定，工作在谐振状态的容性无功功率等于感性无功功率，所以要求补偿的容性无功功率容量也是一定的，Cs的加入只是分担了一部分容性无功功率，不会因增加无功功率容量而增加成本。
3.2.4匹配变压器
串联谐振电路受其电路形式的限制，匹配方法单一，所以在实际应用中，串联谐振电路一般利用匹配变压器实现负载匹配。利用变压器进行负载匹配的研究与并联谐振电路类似，不同的是串联谐振属于电压谐振，匹配变压器位置不同所承受电压不同。图10所示电路中匹配变压器原边为谐振电压，对匹配变压器绝缘要求较高。而图11所示电路中匹配变压器承受电源电压，可以降低绝缘要求。
4结语
串联谐振电路的特性决定改变等效电容和电感值不能改变谐振状态的等效阻抗，静电耦合负载阻抗匹配方案中许多不适用于串联谐振电路，串联谐振电路一般采用匹配变压器进行负载匹配。
电源变压器篇2
1引言
近年来,我国上海、广州和北京等城市引进的地铁车辆上,辅助电源均采用了静止式辅助逆变电源。广州地铁和上海地铁2#线为igbt辅助逆变电源;北京“复八线”为gto热管散热器自冷式辅助逆变电源。因此开发和研制地铁车辆静止式辅助逆变电源实现国产化是发展我国城市轨道交通的必然趋势。静止式辅助逆变电源与传统的电动发电机组供电方式的比较如下:
(1)静止式辅助逆变电源直接从地铁动车第三轨受电,经过dc/dc斩波变换后向三相逆变器提供稳定的输入电压,通过vvvf变频调压控制,逆变器输出三相交流电压向负载供电,对于多路输出电源,电路采用变压器隔离形式。这种辅助逆变电源的优点是输出电压品质因数好、电源使用效率高、工作性能安全可靠。
(2)传统地铁辅助电源通常采用旋转式电动发电机组的供电方案。电动机从dc750v第三轨受电,发电机输出三相交流电压向负载供电,对于直流dc110v和dc24v部分用电设备,仍需通过三相变压器和整流装置提供电源。这种供电方式机组体积大、输出容量小、效率低,电源易受直流发电机组工况变化的影响,输出电压波动大,可靠性差。wWw.133229.CoM
2地铁车辆辅助电源系统方案比较
下面针对dc750v地铁车辆上几种常用的辅助逆变电源电路结构方案,进行分析和比较。211直接逆变方式图1是地铁车辆辅助逆变电源最简单的基本电路结构形式。开关元器件通常可采用大功率gto,igbt或ipm。辅助逆变电源采用直接从第三供电轨受流方式,逆变器按v/f等于常数的控制方式,输出三相脉宽调制电压向负载供电。这种电路的特点是电路结构简单、元器件使用数量少、控制方便,但缺点是逆变器电源输出电压容易受电网输入电压的波动影响,输入与输出不隔离,输出的电压品质因数差、谐波含量大、负载使用效率低。
图1直接逆变辅助电源电路结构原理图
212斩波降压逆变方式
斩波降压加逆变方式的辅助电源电路结构如图2所示。此电路主要由单管dc/dc斩波器、二点式逆变器、三相滤波器、隔离变压器和整流电路组成。逆变器输出经过三相滤波后,输出稳定的正弦三相交流电压,作为驱动空调机、风机等三相交流负载电源,同时三相交流电压经变压器和整流后,可实现电源的多路直流输出。其特点如下。
(1)三相逆变器输出电压不受输入电网电压波动的影响,dc/dc斩波的闭环控制可以保持逆变器输入电压的恒定。
(2)每台辅助逆变电源斩波器只需一只大功率高压igbt元件,逆变器可以采用较低电压的igbt元件。
(3)由于逆变器输入电压恒定,对于只要求cvcf控制的逆变器来说,只需要一定数量的梯波输出,即可保证逆变器输出稳定的脉宽调制电压,谐波含量小于5%。
(4)斩波器分散布置在每台车的电源上,机组结构统一。对于供电网,虽然每台电源斩波的开关频率相同,但它们之间的斩波相位差是随机的,同样可实现斩波器多相多重斩波作用。
(5)隔离变压器的使用实现了电网输入与输出负载之间的电气隔离。
图2斩波降压逆变方式电路结构原理图
213两重斩波降压逆变方式
与单管直接dc/dc斩波降压逆变方式的辅助电源电路基本相同,两重斩波器替代了dc/dc单管斩波器,开关元器件可采用gto、igbt或ipm。电路结构原理图如图3所示。其特点如下。
(1)采用两重斩波器,当上、下两个斩波器控制相位互相错开180°时,可以使斩波器的开关频率相应提高一倍,因而可大大减小滤波装置的体积和重量,降低逆变器中间直流环节电压的脉动量,提高辅助逆变电源的抗干扰能力。
(2)两重斩波器闭环控制起到了稳压和变压作用,因此可提高逆变器的输出效率。
(3)两重dc/dc斩波器与单管斩波器相比,开关元器件和斩波器的附件多了一倍,但管子的耐压可降低一半,提高了元件的使用裕度和设备的安全可靠性。
(4)直流供电网与负载之间的变压器隔离以及相应设计的滤波器,可以保证逆变器输出的三相交流电压谐波最小,且可降低对负载过充电压的影响,提高负载的使用寿命。
图3两重斩波降压逆变方式电路结构原理图
214升降压斩波逆变方式
图4为升降压斩波加逆变的地铁辅助电源电路结构原理图,前级斩波由一个平波电抗器及两个开关管、二极管和储能电抗器构成,升降压斩波器本质上相当于两相dc/dc直流变换器,控制系统采用pwm控制方式。两个开关管交替通断,按输出电压适当地控制脉冲宽度,可以获得与输入电压相反的恒定直流输出电压。后级逆变输出由两点式三相逆变器和三相滤波器组成。斩波器和逆变器开关元器件可采用gto或igbt,ipm等。此电路的特点是:电网电压的波动不影响斩波器输出电压的恒定稳定,当电网电压高于斩波器输出电压时,斩波器按降压斩波控制方式工作;当电网电压低于斩波器输出电压时,斩波器按升压斩波控制方式工作。两个开关管的交替导通和关断,提高了斩波开关频率,降低了储能电抗器体积和容量以及开关器件的电压应力,减小了输出电压的脉动量。
图4升降压斩波逆变方式电路结构原理图
3地铁辅助逆变电源的开发与研制
铁道科学研究院机车车辆研究所早在20世纪80年代末,已开始采用先进的变流控制技术和新型大功率gto和igbt元器件,开发车载电源产品。先后研制出大功率gto斩波器、两象桥式igbt斩波器、驱动大功率直线电机和地铁车辆的车载igbt逆变器。1999年研制客车dc600v供电系统的空调逆变电源,并于当年6月在铁道部四方车辆研究所通过了性能试验,9月在武昌车辆段k79/80上装车运行。
2000年开发研制出用于内燃机车和电力机车的空调逆变电源,该产品已在南昌内燃机务段和邵武电力机务段装车运行考核。2002年针对北京“复八线”地铁车辆进口辅助逆变电源的技术条件,铁道科学研究院机车车辆研究所研制开发出了dc750v国产化地铁车辆辅助电源工程化机组,并通过铁道部产品质量监督检测中心机车车辆检验站的型式试验。开发研制的dc750v地铁辅助电源总容量为40kva,主要负荷为照明、换气扇、司机室空调机组和车辆dc110v,dc24v控制电源。考虑到电源的可靠性和车辆上多路电源的随机多重性,电源主电路采用单管斩波降压逆变电路,大功率igbt开关元件和热管散热方式。控制采用斩波和逆变双闭环脉宽调制控制技术,保证了电源三相交流输出电压稳定性好、谐波含量低。其主要技术参数见表1。
表1地铁辅助电源装置主要技术参数
这种地铁辅助电源具有如下特点。
(1)辅助电源斩波器采用斩波闭环控制方式,保证输入电压变化时,逆变电源中间直流环节的电压稳定。
(2)输出逆变器的开关频率设定为214khz,采用了谐波抑制方法,有效地抑制了输出电压、电流谐波含量和对输出高频隔离变压器冲击,提高了逆变器的功率因数和负载的使用效率。
(3)采用三相滤波装置和隔离变压器,实现了输入与输出、交流负载和直流输出电源之间的电气隔离。
(4)采用变频启动方式,电器负载的启动电流冲击小,有利于延长负载设备的使用寿命。
(5)控制系统采用了mc80c196十六位单片机作为主控制单元,具有实施控制、保护、自诊断、自恢复、故障存储、led指示灯和汉字显示、数据传输、指令接收等功能。
(6)控制系统设有短路、过压、欠压、过流、过热、接地等故障保护功能,保护信号消失后自动恢复运行,提高了地铁辅助逆变电源的安全性和可靠性。
(7)主控制单元使用箱式插板结构,便于维修、检修及更换设备。为适应机车运行中的冲击大、振动大等特点,机箱采用金属框架结构,具有较高的机械强度和良好的电磁屏蔽效果。
dc750v地铁辅助电源额定负载试验波形如图5～图8所示。
图5输入电压与输出电压的稳态波形
图6输出电压、电流波形
图7中间环节电压起动、稳态、停止过程
4结论
(1)采用静止辅助逆变电源代替传统的直流发电机组供电装置,已是地铁与轻轨城市轨道交通发展的必然趋势。
(2)静止辅助逆变电源方案的选择,应结合国内电力电子技术的发展、元器件的使用水平以及国外地铁电动车组辅助逆变电源的发展方向,研制和开发出适合我国城市轨道交通地铁和轻轨车辆的辅助逆变供电系统。
(3)地铁静止辅助逆变电源的研制成功标志着我们已具备了开发和生产国产化地铁辅助电源的能力。
图8输出电压、电流起动、稳态、停机过程
参考文献
[1]菊池高弘.日本铁道车辆用新型逆变器[j].国外铁道车辆,2000,37(5):23—26.
[2]第三代igbt和智能功率模块应用手册[m].三菱电机,1996.
[3]siv使用说明书[z].东洋电机制造株式会社,1998.
电源变压器篇3
关键字：直流输电换流变电源控制回路
0引言
南方电网超高压输电公司目前管辖着±500kV天广直流、±500kV贵广I回直流、±500kV贵广II回直流、±800kV云广直流四条西电东送直流输电通道。这四条直流输电系统总容量达到了1280万千瓦，约占整个南方电网西电东送总容量的50%。其安全稳定运行对南方五省区的电力供应尤其是广东地区负荷中心的电力供应具有极其重要的意义。
在高压直流输电系统中，换流变压器有着与换流阀同样重要的地位，同为直流输电系统的核心设备。这是由于其处在在交流电与直流电相互变换的核心位置以及在设备制造技术方面的复杂性和设备费用的昂贵等因素所决定的。换流变压器的运行可靠性直接决定了整个直流输电系统的运行可靠性。而换流变压器的正常运行，依赖于其冷却系统、有载调压装置和测量、保护等一系列辅助系统。辅助系统正常工作则要依赖于外部电源，如换流变压器冷却系统的油泵、风扇和有载调压装置，这些设备均需要电源来驱动其电机工作。仅仅是短时间丢失电源，也将导致换流变压器的油温和线温迅速上升，严重影响换流变压器的安全运行。同时，有载调压装置也将失去电源，如恰逢换流变压器分接头调整，将导致三相换流变压器失步，使直流输电系统处于不正常运行状态。因此换流变压器辅助系统的供电可靠性要求较高，一般为两路电源供电，并采用控制回路自动切换。
在多年生产运行实践中，各换流站不同程度出现过换流变压器失去一路或两路辅助系统电源的故障，给换流变压器的持续可靠运行带来了较大风险。本文将分析对比天广直流、贵广I回、贵广II回、云广直流输电系统换流变压器的辅助电源回路，介绍其不同的设计特点及优缺点。
1天广直流换流变压器电源回路
天广直流是我国继葛上直流后投运的第二条远距离、大容量直流输电系统。其换流变压器为西门子生产的三绕组单相换流变压器。天广直流换流变压器的辅助电源回路如图1所示。
图1中F1、F2、F3、F4为空气小开关，K7、K8分别为第一路电源、第二路电源电压监视继电器。Q1、Q2分别为第一路、第二路电源进线开关，K1、K2分别为第一路、第二路电源接触器。正常运行时，Q1、Q2、F1、F2、F3、F4开关均在合上位置，K7、K8继电器正常励磁，其辅助触点由11-12切换至11-14。由于K10为延时继电器，K9继电器早于K10继电器励磁，断开辅助触点21、22，从而切断第二路电源回路，接通第一路电源回路。当第一路电源故障时，K7继电器失磁，其辅助触点由11接14切换至11接12，第一路电源回路断开，K9继电器失磁，其对应21、22触点接通，K1接触器失磁，其对应31、32触点接通，K10继电器延时励磁后接通第二路电源回路。当第一路电源恢复正常后，K9重新励磁切断第二路电源回路，冷却系统电源切回至第一路。
由此可见，天广直流输电系统的两路辅助系统电源为一主一备。两路电源均正常时，其运行在第一路电源。当第一路电源故障时，将自动切换至第二路电源供电。而当第一路电源恢复正常时，运行电源又将切回至第一路。
图1天广直流换流变压器辅助电源回路图
2贵广I、II回直流换流变压器电源回路
随着西电东送规模的不断扩大，容量均为3000MW的贵广I回、贵广II回直流输电系统先后于2004年和2007年投运。贵广I、II回直流输电系统的换流变为双绕组结构，每相由星形连接和角形连接共两台换流变压器组成。贵广I回、II回直流系统的换流变压器辅助电源回路形式相同，均为图2所示。
图2贵广I、II回直流换流变压器辅助电源回路图
在图2中，Q1、Q2、F1、F2、F3、F4各开关及K7、K8继电器的名称以及正常时的状态，均同图1的说明。S1为主电源回路选择开关，可通过选择开关S1选择第一路或者第二路为主电源。当S1在“1”位时，第一路电源被选为主电源，其辅助触点1-2接通，5-6接通，K5继电器励磁，接通第一路电源回路，断开第二路电源回路。第一路电源故障时，K5继电器失磁，K10继电器励磁，K6继电器励磁，换流变辅助电源切换至第二路电源。当S1在“2”位时，第二路电源被选为主电源，其辅助触点2-3接通，6-7接通，K6继电器励磁，接通第二路电源回路，同时断开第一路电源回路。第二路电源故障时，K6继电器失磁，K9继电器励磁，K5继电器励磁，换流变辅助电源切换至第一路电源。
可以看出，贵广I、II回直流系统的换流变压器辅助电源也是两路，同样是主备关系，但电源可以通过选择开关S1指定主电源回路，增加了运行的灵活性。
3云广直流换流变压器电源回路
图3云广直流换流变压器辅助电源回路图
2010年容量为500万千瓦的±800kV云广直流系统投入运行，云广直流系统其换流变辅助电源回路设计在贵广I回、II回的基础上做了进一步的改进，考虑了K1或K2接触器继电器常开辅助触点三相粘连的情况。以下以K1接触器辅助触点三相粘连为例进行说明（K2同理）阐述。按照贵广I回、II回直流系统换流变辅助电源回路的设计，第一路电源故障跳开Q1空气开关，换流变辅助电源将切至第二路电源运行，若此时K1接触器三相辅助触点发生粘连，则第二路电源的正常电压通过公用母线经粘连的辅助触点被K7继电器感知，K7继电器误认为第一路电源电压恢复正常，使K5继电器励磁，K5继电器励磁后使K10继电器失磁，继而使K2接触器失磁，换流变辅助电源将切回至第一路电源运行。换流变压器辅助电源切回第一路运行后，因第一路电源事实上已无电压，换流变辅助电源将再次切至第二路运行。因此，换流变压器辅助电源将在第一路和第二路之间连续不停切换，辅助电源无法正常供电。为避免上述情况的发生，云广直流换流变压器辅助电源自动切换回路加装了K3、K4继电器。在发生K1接触器三相辅助触点粘连的情况时，K5继电器励磁并不能使K10继电器失磁，因为K1、K3继电器的辅助触点保证了对K10继电器的持续供电，由此避免了上述异常情况的发生。
4结语
经过以上的分析，我们可以看出，从天广直流到贵广直流I回、II回，再到云广直流，各工程的换流变压器辅助电源回路均为两路电源供电，均为主备式电源回路，具备主电源失电自动切换至备用电源功能。天广直流的换流变压器不能够设定第二路为主电源，只能长时间以第一路电源运行，而贵广直流和云广可以将第二路设定为主电源。而云广则更是考虑了K1或K2接触器触点粘连的情况。三种不同的换流变辅助电源控制回路，其结构和功能复杂度不断增加，设计不断完善。
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电源变压器篇4
关键词：变压器接地方式分析
1变压器的零序保护配置
变压器中性点零序过电流动作时先跳开中性点不接地变压器的保护方式，称为零序互跳。2台主变并列运行，1号主变中性点接地，当K2点发生接地故障时，1号主变中性点零序过流保护动作，第一时限跳2号主变高低压侧开关，K2故障点被隔离，1号主变恢复正常运行。如果故障点在K1处，当第一时限跳开2号主变后，零序过流保护第二时限跳本变压器，切除故障。零序互跳保护显而易见的缺点是：①有选择性切除故障的概率只有50%；②母线故障时没有选择性，会扩大停电范围；③零序过流保护时间整定必须和主变相间保护配合，对保护整定配合不利；④必须在2台变压器同时停运时才能进行互跳试验，条件苛刻，二次接线容易错误。
2统接线与保护配置特点
110kV系统接线特点是以放射状为主，以220kV变电站为电源点，通过110kV线路向各终端变电站辐射。110kV终端变电站则采用内桥接线或线路-变压器组接线方式，低压侧无电源。
内桥接线变电站，在正常运行方式下，100母分开关不作为103和104线路的联络元件。因此，内桥接线变电站通常只有两种运行方式：1条线路带2台主变运行或2条线路各带1台变压器运行。在1线带2变运行方式下，2台主变只要有1台中性点接地即可，但必须由靠110kV供电线路侧的变压器中性点接地运行，这一点很重要。内桥接线变电站目前的变压器零序保护配置为：中性点零序电流保护第一时限跳100和900母分；第二时限跳本变压器；同时，变压器中性点装设棒间隙，但没有配置间隙TA以及开三角电压保护。
为了节省投资、占地，节约110kV线路空中走廊等原因，新建设的110kV变电站较多采用线路-变压器组接线，而且1条线路可“T”接2台甚至3台变压器，变压器零序保护仅有中性点零序过电流保护，没有配置中性点间隙电流保护以及110kVTV开三角零序电压保护(主变110kV侧只有单相线路TV)。由于零序保护配置不够完整，在多台“T”接的线路-变压器组接线中，各变压器中性点仍全部接地运行。但是，变压器中性点全部接地运行对系统具有一定的负面影响。
2.1在部分线路或变压器检修、停运以及系统运行方式变化时，零序网络及零序阻抗值发生较大的变化，各支路零序电流大小及分布也会产生较大的变化。从保护整定配合出发，则要求保持变电站零序阻抗基本不变。
2.2在变压器投入运行或线路重合闸过程中，有时会使在同一线路上运行的中性点接地变压器产生由励磁涌流引起的，幅值较大而且衰减较慢，并带有较大直流分量的零序电流。较容易造成送电不成功或重合闸不成功。
2.3变压器中性点全部接地，使系统零序阻抗大幅度降低，由此造成不对称接地故障短路电流明显增大。因为雷击、不对称接地故障干扰二次设备，造成保护装置误动以及损坏通信设备的事故仍时有发生。因此，有效接地系统中应尽量采用部分变压器中性点接地方式，以限制单相接地短路电流，降低对通信系统的干扰。
3变压器零序保护存在的问题
在有效接地系统中，变压器中性点对地偏移电压被限制在一定的水平，中性点间隙保护不会产生作用。配置间隙保护的目的，是为了防止非有效接地系统中零序电压升高对变压器绝缘造成的危害。只有当系统发生单相接地故障，有关的中性点直接接地变压器全部跳闸，而带电源的中性点不接地变压器仍保留在故障电网中时，放电间隙才放电，以降低对地电压，避免对变压器绝缘造成危害。间隙击穿会产生截波，对变压器匝间绝缘不利，因此，在单相接地故障引起零序电压升高时，我们更希望由零序过电压保护完成切除变压器的任务。相反，间隙电流保护则存在一定程度的偶然性，可能因种种原因使间隙电流保护失去作用，从这个意义讲，对于保护变压器中性点绝缘而言，零序过电压保护比间隙电流保护更重要，零序过电压保护通常和间隙电流保护一起共同构成变压器中性点绝缘保护。所以仅设置间隙电流保护而没有零序过电压保护是不够完善的，特别是当间歇性击穿时，放电电流无法持续，间隙电流保护将不起作用。
目前已经投运的110kV变电站，大多数只装设中性点棒间隙而没有相应的保护，这种配置有弊无利，当电网零序电压升高到接近额定相电压时，所有中性点不接地的变压器均同时感受到零序过电压。如果没有采用间隙过流保护的终端变压器中性点间隙抢先放电，当无法持续放电时，则带电源的中性点不接地变压器将无法脱离故障电网。因此，对于低压侧无电源的终端变压器，如果没有配置完整的间隙电流保护及零序过电压保护，应解除中性点棒间隙或人为增大间隙距离，避免间隙抢先放电。
对于内桥接线的变电站，中性点接地变压器零序电流第一时限跳900和100母分不是最佳的方案。由于在低压侧并列运行时，跳900开关后多损失一段母线，同时中性点不接地变压器低压侧开关仍运行，在目前没有零序过电压保护的情况下，若因10kV转电等原因存在临时低压电源，则不接地变压器就存在过电压的危险。因此，在110kV侧已装设。
首先是要确保110kV系统为有效接地系统。防止误操作是最根本的办法，保证电源端变压器110kV侧中性点有效接地。如果保护整定许可，可以将电源侧2台并列运行的变压器中性点同时接地。
带电源变压器失去接地中性点后可能成为非有效接地系统，因此，对于电源端变压器或者将来可能带电源的变压器，在设计阶段就应考虑配置完整的中性点间隙保护，包括中性点零序过电流保护，中性点间隙电流保护以及母线开三角零序电压保护。
在110kV馈出线路上，不论并接几台变压器，在电源侧中性点接地的情况下，各终端变压器中性点可以不接地运行。在实际运行中，为防止可能出现的不安全因素，可安排其中一台中性点接地，在选择接地中性点时，可按以下顺序考虑：首先选择低压侧临时带电源的变压器，其次考虑高压侧没有断路器的变压器，最后选择离电源端距离最短的变压器中性点接地即可。
已经投入运行的大部分110kV终端变电站，由于目前尚未配置母线TV开三角零序电压保护以及中性点间隙电流保护，为避免中性点间隙抢先放电，应将原先装设的中性点棒间隙拆除或人为增大间隙距离。
电源变压器篇5
关键词：主变零升问题探讨
长期以来，基建调试中一直采用调用系统外电源的方法，实施对新建机组主变压器的零升试验。这种方法需要从系统隔离出一台专门用于试验的发电机组，且不说系统有没有这种可能及经济上是否可取，仅就将零升电源机组到被试变压器的通道从系统隔离出来，组织和协调工作的难度就已相当大。
1主变压器零升试验的任务和目的及其分析
对新建机组的主变进行零升试验的任务和目的主要有下列几点：
（1）对主变进行零起升流试验。检查主变二次电流系统的正确性（甚至可包括检查发电机和高压厂变二次电流系统的正确性）；通过一次或多次零起升流试验检验主变差动保护的正确性（甚至可包括检查发电机和高压厂变差动保护的正确性）。
（2）对主变进行零起升压试验。检查主变二次电压系统的正确性（甚至可包括检查发电机和高压厂变二次电压系统的正确性）；检查发电机（或发电机－变压器组）同期系统的正确性。
（3）零升接线恢复系统运行后，用系统电源对主变压器进行全电压冲击试验，以考验主变压器耐冲击能力，检查主变压器绝缘情况；进行厂用电合环和备用电源自动切换试验。
以上试验中对主变进行零起升压试验，考验主变压器耐冲击能力，检查主变压器绝缘情况是调用系统外电源实施对主变压器零升试验的初衷，目的是在新机组整套启动前，及早发现主变压器的缺陷和隐患。
实际上目前建设单位和业主都要求对大型变压器进行局部放电试验，变压器局部放电的设备、技术和经验已相当成熟，对检查主变压器绝缘情况也很有效，而且该试验对发电机－变压器系统安装应具备的条件也比主变零升试验对安装应具备的条件宽松，因而可以更早地开展这项试验工作并发现主变压器的缺陷和隐患。另外，对于不设发电机开关的发电机－变压器组接线方式，正常运行是不会出现主变压器高压侧或低压侧受全电压冲击的情况的，变压器生产厂家一般也不同意进行主变压器全电压冲击试验，尤其是国外厂家，况且也可以通过厂用备用电源，经高压厂变对主变进行低压侧冲击试验来考验主变压器耐冲击能力，只不过主变高压侧承受的是感应电压．
对于厂用电切换试验只要通过有效手段能判别出备变、高压厂变和主变的接线组别符合设计，就可以通过厂用电A、B段经高压厂变合环模拟发电机并网后的厂用电合环和备用电源自动切换。检查主变、发电机和高压厂变二次电压系统的完整性可能通过对二次电压回路升压试验来完成。在通过厂用电A、B段经高压厂合环模拟发电机并网后的厂用电合环和备用电源自动切换（这时发电机出口母线已带电，且与系统电压同相位）的同时也可以检查主变、发电机和高压厂变二次电压系统的正确性以及发电机（或发电机－变压器组）同期系统的正确性。
检查主变、发电机和高压厂变二次电流系统的完整性可以通过对二次电流回路升流试验来完成。另外，大型发电机出口电流互感器一般直接安装在发电机出口瓷套上，而无法将发电机与其电流互感器隔离，这就使通过外电源对主变零起升流检查主变、发电机和高压厂变二次电流系统的正确性以及主变差动保护、发电机差动保护和发电机－变压器组差动保护无法实施，只有等待本机启动后才能进行。
上面的分析表明，采取调用系统外电源的方法来实施对新建机组主变压器的零升试验，其价值值得怀疑，或者说已经失去大部分意义，且费用大，组织协调工作量也很大。
2主变零升试验部分目标实现的方法
最直接的办法是用本机启动时进行相应的试验，但这也带来了一个问题：大机组的电气整套启动调试本来就需要数10h，再安排上述试验必然使这个时间更长，再加上基建调试过程中不可预见因素，这必然加重调试人员的疲劳，进而影响调试的质量和机组的安全。为此提出一个新的试验方法，即利用电厂现成的系统结构，用系统高压母线高压启／备变中压母线（A、B）高压厂变（A、B）发电机出线母线的试验接线方式，在系统电压下检查发－变组同期系统和中压系统同期的正确性，以及进行中压系统厂用电合环和备用电源自动切换试验，部分地实现主变零升时的电气试验项目，而主变的零升试验改在与发电机启动试验同时进行。
以嘉兴电厂一期工程为例，启动试验的一次系统见图1所示，具体实施方法如下：
（1）在高压启动／备用变压器（A、B）、高压厂变（A、B）和主变压器吊罩时，分别检查变压器的接线组别应符合系统设计，这些变压器安装完成后，用直流电池－万用表法再次确认变压器的接线组别符合系统设计，并对这些变压器以及变压器高低压侧系统的连接进行认相。通过上述一系列的检查，可以保证发电机－变压器组和厂用电源一次系统的正确性。
（2）检查发电机－变压器组一、二次设备按设计安装，并按有关标准和规程调整试验完备，有关的消防系统和临时消防实施已投用，具备启动投运条件。
（3）检查发－变组一次核相正确，绝缘良好。检查发－变组二次回路绝缘合格，电压回路无短路现象，电流回路无开路现象。
（4）检查发电机定子线圈出线与封闭母线可靠断开，定子线圈三相短路接地。检查主变压器低压侧与封闭母线可靠断开，主变压器低压侧三相短路接地；检查高压厂用变压器A高压侧与封闭母线可靠对接，高压厂用变用压器B高压侧与封闭母线可靠隔离；检查发－变组保护已全部投入。
（5）确认中压工作段A、B由备用电源供电。
（6）中压工作段A工作电源进线开关改运行，对高压厂变A进行冲击，记录冲击电流。检查发变组有关保护之电压回路相序、相位正确，电压指示正常；检查中压工作段A工作电源进线PT与工作段PT二次电压相序、相位正确，压差正常。检查中压同期装置工作正常、同步表指示正确；检查发电机PT和系统高压母线PT二次电压相序、相位正确，压差正常。检查发－变同期装置工作正常、同步表指示正确。
（7）中压工作段A工作电源进线开关改隔离位置后，用同样的方法对高压厂变B进行冲击并检查中压同期系统的正确性。
（8）将高压厂变B高压侧与封闭母线对接，中压工作段A工作电源进线开关改运行，使高压厂变（A、B）受电，检查中压同期系统正常后，中压工作段B工作电源进线开关改运行，实现中压工作段A、B合环，记录合环涌流。
（9）撤除发变差动保护跳中压B工作电源进线开关出口回路；确认中压备用电源具备供电条件；中压工作段A备用电源进线开关改热备用并投中压工作段备用电源自投开关；模拟发－变差动保护动作，中压工作段A工作电源进线开关跳闸，中压工作段A备用电源进线开关应能自投。
（10）同样的办法可以进行中压工作段A工作电源进线开关的合环及中压工作段B备用电源的自投试验。
3在试验中应注意的几个问题
（1）试验前有关的二次电压回路应进行升压试验，二次电流回路应进行通流试验，以防止电压回路短路和电流回路开路。
（2）中压工作段A、B合环试验前，应将中压工作段IA、IB备用电源过流保护时间改为0s，保证合环时设备的安全。
（3）试验前，应在发电机电压互感器组和中压工作段A、B电压互感器二次开口三角处接3．5A／40Ω电阻，以防止谐振过电压的发生。如有可能，应在发电机母线上额外加装一组避雷器。
（4）为使中压工作段A、B的残压满足备用电源自投的同期要求，在备用电源自投试验时，工作段IA、IB最好分别安排1～2台高压电机运行。
上述方法是在非正常的系统方式下进行的，所以一定要实测系统参数辅以计算为依据，同时要考虑不同工况下参数的变化，确定能否采用上述方法，防止因谐振过电压的发生而损坏设备．
如果制造厂家允许对主变压器进行全电压冲击试验，在主变压器局部放电试验确认无异常后，可以考虑对主变压器进行低压侧（高压侧承受感应电压）或高压侧（高压侧承受强迫电压）全电压冲击试验，以达到如下目的：考验主变压器耐冲击能力；通过主变压器高低压侧电压的同期性比较，进一步确认发电机－变压器组和厂用电源一次系统及发－变组同期系统的正确性。
4结论
电源变压器篇6
关键词：接地电流；变压器；来源分析；处理方法
中图分类号：F407文献标识码：A
供电质量通常受到配电变压器接地电阻阻值大小的影响。如果接地电阻出现超过最高阻值之时，并且配电变压器避雷器接地电阻也遇到十分大的阻值，势必会导致避雷器难以正常对地进行放电，雨天发生雷击过电压时就可能产生故障，严重的可以烧毁避雷器或配电变压器。配电变压器在长期运行的状态下会发生严重氧化现象，这将会有效增大接地电阻，再者地埋接地体在长时间的影响下将会遭受到锈蚀、断裂情况的发生，造成中性点电位出现一定程度的偏移，在遭遇雷击的时候，容易产生故障。按照规程接地装置应当满足如下：小于100kVA的配电变压器接地电阻要控制在10Ω以内，若是配电变压器大于100kVA的接地电阻要控制在4Ω以内。
一、配电变压器接地带电流产生故障现象
9月15日，在测量某小区接线时，零线和地线被发现都带电，用电压表测得Udn为180V，然后沿主线路查到变压器，变压器的接地线对地电压Ud为150V，而电流Id为130A，因此可以说明变压器的接地线带电，并且变压器接地不好。工作人员对现场配电柜进行观察，三相电流表显示为130A，30A，32A，三相负载存在不平衡，再对沿线路逐层进行筛选，发现E栋施工致主线路B相接地。
二、对故障进行分析
1在正常情况下，Iu+Iv+Iw=In为配电变压器低压侧各相电流，接地线没有带电流，Uno=0，变压器中性点O与大地等电位。
2如果线路C点经R地′接地时，电路图如图1所示。R地与R地′串联在U∞上，U∞=220V，Id=U∞/（R地+R地′），若R地=2Ω，R地′=10Ω，则U地′=Id×R地′=183V，根据公式可知：变压器接地电阻越大，而电流不变，变压器接地线上的电压也越大。
三、配电变压器接地电阻出现过大的害处
1在变电站接地线的接地中，若其出现过大的电阻阻值，而低压相线绝缘损坏出现接地，此时变压器的接地线中将会有电流的产生，接地电阻阻值越大，而接地电阻上的电流分压就也越大。在大地和接地电阻上产生L1相电压，若是工作人员一旦触碰到变压器接地线或变压器外壳，人的身体与接地电阻从而形成并联状态，身体触电事故随时都会发生。
2在变压器三相四线中，若其中性线断线或接地电阻产生过大阻值之时，势必会出现不均匀的三相负荷，使得变压器中性点出现一定的偏移，使接地线产生电流，因此用电设备会因相电压升高而烧毁。
3变压器比避雷器会因接地电阻阻值过大难以正常对地进行放电，将会造成变压器或避雷器的烧毁，从而影响到电力系统的正常运转。
四、接地电阻出现过大阻值的主要原因
1接地电阻出现过大阻值原因多种多样，其主要原因有：例如接地装置产品材料和安装工艺不相符、接地线接头与接地体连接松动、变电站接地装置埋设不规范、大地过于干燥等等原因。
2选择中性线截面积过小，安装人员对变压器接地线的作用认识不足，导致接地电阻阻值过大或接地线断线，由于接地线被盗或外力的破坏等原因。
五、对配电变压器接地带电流的处理方法
1要严格控制变压器接地的施工工艺，规范接地体的有关埋设。由钢管、扁钢、钢绞线等材料构成接地装置，其埋设深度要大于0.5m～0.8m。并且要进行对接地装置与基础的施工，详细要求如下所述：①施工人员根据有关设计标准要求，接地槽的深度通常控制在0.5m～0.8m，接地装置若是安设在可耕地上，需要敷设于耕作深度以下为宜。槽中一切影响接地体与土壤接触的杂物要清除。②应沿电杆安装引下接地线，为了使其冲击电抗减少，要尽可能短而且直，在杆塔上固定接地引下线的支持件，为了加固接地线，支持件之间通常设1.0m～1.5m的直线距离，为0.1m转弯部分。③应按照设计要求来对钢管的规格进行设计，还有打入土壤中的深度方面，为了让电阻的阻值得以减小，接地体应垂直打入地下并加以固定。在遇到山区及土壤电阻率相对较高之处，采用表面埋入方式的接地装置，而尽量少用管形接地装置。④为了保证接触间的连接，接地引下线仅给测量接地电阻值而预留的断开处之外，其余地方不能另有接头的存在，而要采用焊接。在测量接地电阻值而预留的断开处接地引下线时要采用螺栓连接，一定要使用镀锌连接螺栓，这样不容易生锈。⑤接地装置安装完成之后，要第一时间进行回填土，为了让接地装置不受到影响，回填土不得有碎石及其他杂物等。
2在变压器的中性线上采用适合的位置重复进行接地。如此变压器中性线的某点若是发生断线时，还存在其余点接地，中性线电流依然能够经过其余接地线回到变压器中性点上，其电位始终还是零，以致每相负载的电压能够保持正常的相电压。
3在加装保护器于客户电表上面，一般都采用剩余电流动作保护器，变压器接地点的电阻若是产生过大的时候，而接地电位处于非零状态，此时必会有电流入变压器接地点，经过地线与保护器流，这电流可以使剩余电流动作保护器动作，然后使接地点切断，这样可以揭止接地电位不断地升高。若是加装保护器之后，人体一旦接触电的时候，保护器动作可以起到一定的作用，从而让人身安全得到有效保障。
结语
为了保证电网安全稳定运行，变电站必须要有良好的接地装置，减少接地电阻的阻值方法要掌握，设计规划论证阶段要重视接地，管理好施工过程质量，选择材料和形式，做好交接验收工程环节，还要做好检查和周期性运行维护工作。才能确保变电站接地装置的良好质量，从根本上防止发生接地事故。
