微機涌流抑制器在500 kA 大型電解槽供電系統的應用

趙 鋼，白禮平，張艷龍，李 江

（鶴慶溢鑫鋁業有限公司，云南大理 671500）

0 引言

電力變壓器為感性設備，其空載投入時，因為磁通飽和會產生一定勵磁涌流，勵磁涌流大小是隨機的。為解決變壓器勵磁涌流的問題，采用涌流抑制器進行選相控制，基于磁通互克原理，從根本上解決變壓器涌流問題。

整流變系統供電負荷多數為I 類負荷，對供電可靠性及電能質量要求極高。生產現場經常需要根據產能或檢修要求對整流變進行投切操作，但在變壓器不受控的隨機投切操作中涌流的產生也是隨機的，變壓器的勵磁涌流引發的危害和事故是多方面的，主要體現在下述5 點：①誘發繼電保護裝置誤動，使變壓器空投頻頻失敗；②超常的電動力損壞電力設備，如繞組沖擊變形，相關固定件松動，絕緣特性降低等；③原始涌流誘發的和應涌流導致運行變壓器跳閘，直接導致生產中斷；④極大的直流分量導致電流互感器磁路不可逆的過度磁化，影響保護裝置功能；⑤大量諧波對電網產生有害的諧波污染。

1 勵磁涌流形成的原因及解決辦法

變壓器原邊繞組接在交流電源上，副繞組開路的運行方式稱為空載運行。變壓器二次側空載時，副繞組流過的電流為零；一次側流過的電流稱為勵磁電流，該勵磁電流流過一次繞組產生主磁通。

當變壓器空載合上斷路器時，由于合閘相位的隨機性以及變壓器剩磁的影響，使得鐵芯磁通迅速趨于飽和，從而產生幅值很大、頻率很高的勵磁涌流。因磁通在相位上滯后電壓90°，當變壓器在電壓過零點合閘時，鐵芯中磁通最大，理論上將產生峰值涌流可達到變壓器額定電流的5～7 倍。

消除勵磁涌流最有效的方法就是利用偏磁抵消剩磁抑制勵磁涌流，由于總磁通滯后電壓90°相角，在初相角為0°或180°時偏磁最大，在初相角為90°或270°時偏磁為零。剩磁與磁路總磁通是同相的，僅幅值較總磁通的值小。初相角對于剩磁為分閘角，對于偏磁則為合閘角。在已知的分閘角處選擇合閘角，此時電壓突增時產生的偏磁正好去抵消或削弱剩磁，再疊加穩態磁通，完全可以使磁路的合成磁通不超過飽和磁通，這樣就不會產生勵磁涌流。同時由于剩磁的極性是不會改變的，即使出現剩磁衰減而偏磁達到最大值時也不致使磁路過度飽和，不會影響對勵磁涌流的抑制效果。

2 勵磁涌流抑制器應用

500 kA 大型電解槽供電系統設置8 臺220 kV 整流變壓器，每臺整流變壓器采用涌流抑制器SID-3YL 投切，其中整流變壓器由調壓變和整流變組成，調壓變有3 個繞組，分別是一次側220 kV、二次側110 kV和三次側35 kV，二次側110 kV作為整流變的網側電壓，最終由整流變壓器降壓為1341 V 的閥側電壓，三次側35 kV 用于濾波補償，SID-3YL 裝置受控側電壓接的35 kV 母線PT，受控側電流則是取自220 kV 側母線PT，整流變高壓側CT 變比600/1。微機涌流抑制器接線原理如圖1 所示。

3 設備參數

整流變的具體參數見表1，其中額定電流Ie的峰值為309.7/600×1.414=0.73 A。

表1 整流變參數

微機涌流抑制器的型號為SID-3YL，程序版本為V3.29。

4 整流變投運數據

4.1 1#整流變投運數據

1#整流變數據見表2，1#整流變合閘1、2 波形如圖2 所示。

表2 1#整流變數據

圖2 1#整流變合閘1、2 波形

根據以上數據進行分析：根據最大涌流峰值電流，合閘時間整定為61.8 ms，分閘時間整定為19.1 ms。

4.2 6#整流變投運數據

6#整流變數據見表3，6#整流變合閘1 波形如圖3 所示，6#整流變合閘2 波形如圖4 所示。

表3 6#整流變數據

圖3 6#整流變合閘1 波形

圖4 6#整流變合閘2 波形

根據以上數據進行分析：根據最大涌流峰值電流，合閘時間整定為64 ms，分閘時間整定為19.7 ms。

5 數據分析結論

通過對220 kV 的1#、6#整流變微機涌流抑制器投切的數據進行分析：①整流斷路器合閘時間相對穩定，整流變斷路器偶爾會發生合閘時間偏差較大的情況；②整流變斷路器分閘時間均較穩定，6#整流變壓器分閘時間均不穩定，只能調整為均值。

對220 kV 1#、6#整流變斷路器合閘和分閘定值做出調整（表4）。

表4 整流變斷路器時間定值ms

6 應用情況及推廣前景

采用數學和物理方法來識別勵磁涌流與故障電流的特征差異，以減少勵磁涌流產生繼電保護裝置誤動的概率，甚至以延長保護動作時間、降低保護靈敏度及犧牲可靠性為代價，但一直無法徹底解決問題。顯然，在理論上人們不可能對千變萬化的勵磁涌流都正確識別，也就是說識別的方法并不是萬全之策，而采取消除勵磁涌流的方法更加可靠、有效。微機涌流抑制器運用精確的相位控制技術實現了對操作過電壓和涌流的有效抑制，可應用于發電廠、變電站等大型供用電企業，為電力系統安全、平穩運行提供有效保障。

7 結束語

采用微機涌流抑制器投切空載變壓器，能夠有效提高操作的可靠性，減少諧波污染，提高供電質量，同時涌流的抑制也使斷路器、變壓器的使用壽命大大提高，延長檢修周期，保證變壓器的安全可靠運行。