[發明專利]用于降低變壓器的磁芯中的單向磁通分量的設備

有效

• 申請號: 201380076964.8
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN105229759B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: P.漢伯格
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: H01F27/38
• 分類號: H01F27/38;H01F27/42
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 盧江,劉春元

技術領域

本發明涉及用于降低變壓器、尤其三相變壓器的磁芯中的單向磁通分量的設備，所述設備包括多個補償繞組，所述補償繞組與變壓器的磁芯磁耦合。

應用領域原則上不僅位于低或中壓范圍中的變壓器中而且位于非常高功率的變壓器（功率變壓器，HGü（高壓直流傳輸）變壓器）中。

背景技術

在如在能量分配網絡中被應用的電力變壓器中，可能發生不期望地將直流電流饋入到初級繞組或次級繞組中。下面也稱為DC分量的這種直流電流饋入例如可能來源于如現今在操控電驅動的情況下或者也在無功功率補償的情況下所使用的電子結構組件。另外的原因可能是所謂的地磁感應電流（英文：“Geomagnetically Induced Currents”，GIC）。

由于太陽風，地磁場被改變并且因此在地表面處的導體環處感應非常低頻的電壓。在長的電能傳輸線路的情況下該感應電壓可以引起相對大的低頻電流（準直流電流）。地磁感應電流大約以十年的周期出現。所述地磁感應電流均勻地分布在所有（三個）相上，可以每個相達到直至30A并且經由變壓器的中性點流出。這在半周期中導致變壓器的磁芯的強烈的飽和并且因此在半周期中導致大的勵磁電流。該附加的勵磁具有大的諧波分量并且由此通過具有諧波分量的雜散場造成變壓器的繞組和鐵部件中的渦流損耗。這可能導致變壓器中的局部過熱。此外，由于強烈的勵磁需求發生高的無功功率消耗和電壓下降。這共同地可能導致能量傳輸網絡的不穩定。大大簡化而言，該變壓器在半波中如電抗器那樣表現。

有些能量傳輸公司因此在變壓器的規范中已經針對變壓器的中性點要求100A的直流電流。

根據WO 2012/041368 A1，在補償繞組中感應的電壓被利用，并且通過以下方式被用于干擾的單向磁通分量的補償，即晶閘管開關與限流電抗器串聯，以便將補償電流引入到補償繞組中。該解決方案對于一個范圍中的要平衡的直流電流來說良好地運行，所述直流電流比地磁感應電流小一個數量級，也即大致在10A以下的范圍中。對于地磁感應電流來說必須針對中壓水平，也即在大致5kV的范圍中，并且應用功率大的晶閘管。但是，由于這種晶閘管的高的損耗功率，該解決方案是不經濟的。

地磁感應電流的另一解決方案是所謂的DC阻斷器，在所述阻斷器中原則上將電容器連接到變壓器的中性點中。該解決方案是有問題的，因為通過電容器的充電形成偏置電壓。除此之外，限制電容器處的偏置電壓，使得通常不能阻斷全部直流電流。當在傳輸網絡中發生短路并且因此發生零電流時，該解決方案也是有問題的。

發明內容

本發明的任務是提供用于降低變壓器的磁芯中的單向磁通分量的設備，所述設備一方面沒有功率大的晶閘管的高的損耗功率也行并且所述設備另一方面不受電容器處的偏置電壓限制。

該任務通過根據本發明的設備來解決。本發明的有利的構型在相應的從屬權利要求中被限定。

根據本發明的設備的特征在于，

- 設置有用于將電流饋入到補償繞組中的可控電流源，所述可控電流源與所述補償繞組、更確切地說與所述補償繞組的中性點電串聯地布置，所述中性點由所述補償繞組的輸入端形成，以及

- 設置有中性點生成器，所述中性點生成器與所述補償繞組的輸出端導電連接，以及

- 所述電流源將所述補償繞組的中性點和所述中性點生成器的中性點互相電連接。

根據本發明的解決方案的原理又基于借助于補償繞組通過以下方式的直流電流補償，即有針對性地將電流饋入到補償繞組中，所述電流的作用抵消單向磁通分量以及阻止變壓器的磁芯的磁化。換言之，將所謂的反安匝數引入到變壓器中，其中安匝數是磁勢的另一術語。在此，補償電流通過可控電流源被引入到補償繞組中，其中通常變壓器的每個相設置有補償繞組。

為了可以低功率地引入補償電流，必須解決在補償繞組中所感應的電壓的問題。這通過本身已知的中性點生成器來進行，所述中性點生成器也稱為零點生成器或接地變壓器。該中性點生成器生成相對于補償繞組的外部導體電壓的中性點。因此，補償繞組的中性點和通過中性點生成器形成的中性點位于相同的電位。在這些中性點之間現在可以沒有問題地插入可控電流源。此外，該中性點生成器具有以下優點：經由所述中性點生成器的中性點引入以及然后均勻地分布到所述中性點生成器的所有（三個）臂上的直流電流不引起中性點生成器的磁芯的磁化。

本發明的一種實施方式規定：與電流源電串聯地布置有至少一個限流電抗器。通過限流電抗器的前置可以有效地過濾出瞬態電壓，使得這些瞬態電壓不影響電流源。