用于變壓器中的DC分量的補償的電路布置制造技術

本發明專利技術公開用于變壓器中的DC分量的補償的電路布置。一種用于變壓器（4）中的DC分量（I

Circuit arrangement for compensating DC components in a transformer

A circuit arrangement for compensating a DC component in a transformer is disclosed. A DC component (I) used in a transformer (4)

【技術實現步驟摘要】
用于變壓器中的DC分量的補償的電路布置
本專利技術一般地涉及如在用于電能的產生、傳輸和分配的電力系統中使用的電力變壓器，特別是用于補償變壓器中的DC分量的電路布置，變壓器具有借助于連接線而被連接到電力系統的繞組布置并且具有被連接至地的中性點。
技術介紹
在用于電能的產生、傳輸和分配的電力系統中，由于各種原因，成比例地疊加在交變電流上的DC電流可能形成。這種類型的直流分量（在下文稱為DC分量）可以例如由被連接到電力系統的功率轉換器創建，或者可以是“地磁感應電流”（GIC）。GIC由太陽風引起，因為地的磁場改變使得在構成電網線和地回路導體的導體環路中，通量改變發生并且在其中感應的電壓產生GIC。GIC是時間和方向相關的。然而，GIC改變所用的速度是如此相對緩慢的，以致其在電力系統中可以被視為DC分量。不管其原因，變壓器中的DC分量始終是不期望的，因為磁性單向通量部分與該DC分量相關聯，其變得被疊加在變壓器的芯中的交變通量上，使得變壓器芯的輸出不再是對稱的。磁性材料的工作點的移位發生。取決于變壓器的設計，甚至幾百毫安的非常小的DC分量也可能使工作噪聲的輻射增加10至20dB。磁性材料的工作點的移位可以導致20-30%左右的在損耗方面的顯著增加。局部地，增加的加熱可以出現在變壓器中，使得電氣繞組的絕緣的壽命可能受損。在大GIC的情況下，熱點可以形成在金屬部分上并且導致絕緣液體的退化，這可以造成分解氣體的形成。用于減少變壓器的芯中的單向通量部分的各種方法和裝置是已知的。例如，在EP2622614B1中，提出為變壓器芯提供補償繞組并且借助于半導體開關裝置饋入其中補償電流，該補償電流的效果被與破壞性單向通量部分相反引導。在這里的優點在于此補償繞組被與能量網絡電分離，即不具有到變壓器的初級或次級繞組系統的連接。這種類型的補償繞組現在可以以合理的成本實現，如果其在變壓器的生產期間被提供的話。取決于要補償的DC分量的大小，要提供對應尺寸的安裝空間，以便變壓器芯的尺寸改變。與此相比，改裝是多得多的努力，并且幾乎不具有任何實踐重要性。如果要用DC補償來改裝已經在使用中的變壓器，則必須將變壓器從電力系統移除，并且必須在變壓器箱的內部中安裝補償繞組。補償繞組的回顧安裝常常是根本不可能的。在任何情況下，后來安裝的成本是非常高的，使得至今幾乎從未執行過改裝。限制還由可用半導體組件的極限負荷造成。在被用作高壓DC傳輸系統的部分的變壓器中，可以在補償繞組中感應數千伏的感應電壓。并且GIC可以達到多于50A的電流強度，作為其結果，電路的技術實現是困難的。在被配置成用于數十年內無故障操作的電力變壓器或配電變壓器內部中，具有有限壽命的半導體組件的布置也是有問題的。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供用于DC分量的補償的盡可能簡單且穩健的方法，其還可以關于已經在操作中的變壓器來經濟地實現，并且其還導致長使用期限和高可靠性水平的預期。用根據權利要求1的特征的電路布置來實現此目的。在從屬權利要求、本描述和附圖中公開了本專利技術的另外有利實施例。在基本概念中，本方法從那里著手，將不用變壓器的內部中的組件來引起DC分量的補償，而是相反地——類似于保護裝置——在變壓器外殼外部，其中單獨的補償繞組不是必需的。從變壓器開始，所述變壓器的繞組布置被借助于在電源側上的連接線而被連接到用于輸送電能的電力系統并具有被連接至地的中性點，所述電路布置包括：-飽和電抗器電路，其被布置在將位于連接線的無節點部分上的連接點連接至地的電流路徑中，以及-控制和調節裝置，其借助于控制信號來控制飽和電抗器電路，在輸入側上向其饋入由檢測裝置提供的關于要補償的所述DC分量的大小和方向的信號。飽和電抗器電路起磁性開關的作用。飽和電抗器的功能是本來已知的并且此處不需要進一步描述。有利的是飽和電抗器電路不具有有源運行的組件，例如受控半導體閥，而是僅具有無源運行的組件。這些被布置在將到變壓器的每個饋電線的無節點部分連接至地的電流路徑中。飽和電抗器電路被控制單元控制，關于要補償的DC分量的大小和方向的信息項被饋入該控制單元。這樣的信息項可以例如源自于在變壓器的內部中的傳感器，例如測量變壓器的芯中的破壞性單向通量部分的磁場傳感器，或者替換地例如通過測量電網線中的DC分量而從電力系統獲得（雖然由于電源電流和DC分量的大大不同的大小，這在技術上是復雜的）。還可想象的是安裝在電力系統中的檢測或預測GIC的其它測量裝置。用根據權利要求1的電路布置實現的技術效果類似充當保護裝置的一組“DC點”的技術效果：破壞性DC部分通過被布置在變壓器饋電線與地之間的電流路徑中的飽和電抗器電路的目標控制而被“傳導離開”至地。因此，DC部分被預先抵消，使得其不到達變壓器——至少不在其最大程度上。針對早在饋電線發生的這種“補償”，否則出于此目的按照常例被磁性耦合到變壓器芯的單獨補償繞組不再是必需的。利用本電路布置，可以以容易的方式控制甚至多于50A的DC部分，例如大的GIC。兩者都是高度有利的。然而，與之相對比的是以下要求：必須根據變壓器電源線的電壓等級（例如，20kV或120kV或更大）來配置其中所有組件都位于飽和電抗器電流路徑中的電路布置。然而，以上提到的優點勝過此附加努力。如上所述，使DC分量傳導離開的組件被布置在變壓器外殼外部。其僅僅無源地運行。維護容易是可能的。該電路布置的可靠性是高的。代替功率電子組件（例如，晶閘管）（否則其是常見的），為了產生補償電流，使用“感應動作開關”——飽和電抗器電路。不受控閥、磁性線圈和飽和電抗器電路的組件導致長壽命和在許多年內無故障操作的預期。因此，就電網運營商方面來講，具有這種類型的DC補償裝置的變壓器的可接受性水平是高的。在優選實施例中，可以將該電路布置配置為具有兩個并聯電流支路的飽和電抗器電路。因此，在這些電流支路中的每一個中，分別地提供了飽和電抗器負載繞組和與之串聯的不受控閥。兩個閥的電流流動方向是相反的。每個負載繞組被經由可飽和的飽和電抗器芯而磁性耦合到飽和電抗器控制繞組，其中，控制信號被饋入控制繞組。飽和電抗器芯的飽和狀態和因此的“磁性閥”的開關狀態是可借助于控制信號而預先設定的。連同閥的相反布置一起，實現的是取決于電流方向而使鏡面對稱的DC補償平衡DC分量。可以構造相對于其更加成本高效的實施例，以便飽和電抗器電路具有與單個閥串聯地布置的單個負載繞組和用于使閥的電流流動方向反向成極（reverse-poling）的開關裝置。此處而且，飽和電抗器電路的此負載繞組經由軟磁飽和電抗器芯被耦合到控制繞組。控制信號被饋入控制繞組中，其中該控制信號的信息由檢測要補償的DC分量的大小和方向的檢測裝置提供。在這里，通過使此單個閥反向成極，在兩個方向上的DC部分的補償是可能的。為了減少生產成本，如果飽和電抗器芯被配置為經切割的帶材芯（slitstripcore），則對于這些實施例兩者而言可以是有利的。為了保持用于控制飽和電抗器電路所需要的控制功率盡可能低，如果經切割的帶材芯由具有本質上窄矩形磁滯回線的軟磁材料的板材金屬薄片（sheetmetallamellae）制成，則可以是有利的。控制和調節裝置可以因此被構造得更簡單。由此可以實現控制功率的進一步減少，因為飽和電抗器芯被布置在具有至少一個氣隙的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于變壓器（4）中的DC分量（I

【技術特征摘要】
2015.12.09 EP 15198567.81.一種用于變壓器（4）中的DC分量（IDC）的補償的電路布置，其中，所述變壓器（4）具有繞組布置（8），所述繞組布置（8）借助于連接線（3）而被連接到用于輸送電能的電力系統（15），并且具有被連接至地（11）的中性點，包括：-飽和電抗器電路（1），其被布置在將位于所述連接線（3）的無節點部分（31）上的連接點（12）連接至地（11）的電流路徑（20）中，-控制和調節裝置（6），其借助于控制信號（16）來控制所述飽和電抗器電路（1），并且在輸入側上向其饋入由檢測裝置（5）提供的關于要補償的所述DC分量（IDC）的大小和方向的信號（17）。2.如在權利要求1中要求保護的所述電路布置，特征在于所述飽和電抗器電路（1）具有兩個并聯電流支路，在其中的每一個中布置負載繞組（9）和不受控閥（7），其中閥被反并聯地連接，其中每個負載繞組（9）被經由飽和電抗器芯（19）而磁性耦合到關聯控制繞組（10），其中所述控制信號（16）被饋入控制繞組（10）。3.如在權利要求1中要求保護的所述電路布置，特征在于所述飽和電抗器電路（1）具有單個負載繞組（9），所述單個負載繞組（9）與開關裝置（18）串聯地布置用于使單個閥（7）的電流流動方向反向成極，并且其中，所述負載繞組（9）被經由飽和電抗器芯（19）而磁性耦合到關聯控制繞組（10）。4.如在權利要求1或2或3中的一個中要求保護的所述電路布置，特征在于所述飽和電抗器芯（19）被配置為經切割的帶材芯。5.如在權利要求4中要求...

【專利技術屬性】
技術研發人員：P哈姆伯格，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：德國,DE