专栏Ｉ电力建设 关 于消 除电网系统主变压器直流偏磁问题的分析 口曹浪恒 １直流偏磁产生的原因与现状 １．１背景 １．２现状 由于受天广直流（广西天生桥到广州）、高肇直流（贵州高坡 的影响，多次出现主变中性点直流电流造成变压器噪声 广东电网的４－５００ ｋＶ西电东送和天广直流线路输电在近 到肇庆）其中最大电流曾达到过５８Ａ，平均 年相继投产，单极一大地运行方式是直流输电的运行方式之一， 增大、谐波含量增大的问题，在这种运行方式下，直流接地极作为直流工作电流的返回通道， 电流也在二十几安培，对电网及发电厂主变运行构成了严重威 确保主设备安全运行，已 是直流输电系统的重要组成部分，将会影响接地极周围变电站 胁。为了彻底解决主变直流偏磁问题， 接地网地电位的变化。当直流接地极电流引起变电站接地网地 有多个变电站采用隔直装置用以消除直流偏磁。电位升高时，若两个变电站接地网之间存在电位差，直流接地极 电流将有一部分流经变压器中性点、变压器绕组及输电线路。 由于直流电流流经变压器绕组，当变压器励磁电流中的直 ２不同原理的隔直装置的应用与分析 我国南方电网公司对直流偏磁高度重视，辖下多个变电站 流部分使磁化强度达到磁化曲线拐点以上时，变压器铁心将处 采用了不同技术来消除直流偏磁的隔直装置。笔者对这些变电 于饱和状态；同时由于直流偏磁的存在，励磁电流增大，波形发 站隔直工程进行了相应的调查，情况如下： 生严重畸变。励磁电流的增大将导致变压器的励磁噪声增大，磁 春城变的隔直方案 通波形畸变将导致谐波分量增大。若绕组中直流电流超过允许 春城变在变压器中性点串联一个小电阻来抑制中性点的直 值，漏磁通产生的涡流损耗将可能引起变压器铁心和连接件过 流电流。与电阻并联一个金属间隙，用于释放当电网出现三相不 热，严重时可引起变压器损坏。对于不影响变压器正常工作的直 平衡故障时零序大电流在隔直电阻上产生的高压。此方案除隔 流电流控制指标，国家标准ＤＬ／Ｔ６０５—１９９６｛高压直流接地极 直电阻和保护间隙外，没有其它安全技术措施。无任何控制、监 技术导则》中规定，通过变压器绕组中的直流电流应不大于额定 视手段。 电流的０ ７％。 由于间隙放电受环境因素的影响比较大，放电误差也比较 很难保证其动作的可靠性。对变压器的安全运行可能造成一 南方电网中某主力发电厂１、２号主变从２００５年初开始， 大， 不时出现变压器噪声增大事例，其中绝大多数情况与南方电网 定的风险。直流输电单极大地回路运行有关。据不完全统计，自２００５年７ 此方法对隔直电阻阻值的选取比较复杂，阻值的选取跟地 月至２００６年８月之间就发生了变压器直流偏磁事件４４起，其 下分布电阻及线路阻抗有关，当电阻的阻值较小时不能有效地 中变压器中性点电流超过１５Ａ的事件３０起，单台变压器最大 抑制直流电流，当电阻选取较大时变压器中性点不能可靠接地， 中性点电流达５８Ａ。表１为台山电厂自２００６年３月至２００６年 对继电保护的动作行为可能造成影响。而且当电网运行方式改 ８月发生的几次较为严重的直流偏磁事件的主要数据，其中中 性点电流仅记录数值，未记录方向。 表１某电厂主变中性点电流检测结果 生变中性点电流（Ａ） 序 时问断 变时，隔直电阻需要根据运行方式调整。 据变电站运行人员介绍，该隔直装置自安装以来一直没有 投入运行。 义和变反向注入法隔直方案 故障趣瀛线路 ｌ变 ＃２变 ＃３变 撑４变 ＃５变 ｌ ２ ３ ４ 义和变反向注入法隔直方案使用直流电流 ２００６－３．３０ ２３：４８ ２ＯＯ６－３．３ｌ ００：０５ ２Ｏ０６—４－９ ｌ７：ｏｏ ２００６－４－２３ ００：４３ ， ５０ ３８ ｌ２ ｌ２ 高肇直流极ｌ故障 离肇直流投ｌ故障 高肇点漉极ｌ故障 天ｒ 赢流正常 发生装置，在变压器中性点注入反向直流电流， 束测 末测 束测 束测 来测 束测 抵消变压器的直流偏磁，消除直流偏磁对变压器 安全运行的影响。该方法不改动变压器的原有 ／ ／ ５８ ５０ 接线，运行起来较安全。 其缺点是需要在变压器周围敷设反向注入 接地极，土建工程较大。通过调研了解到反向注 ５ ６ ７ ８ ９ ｌＯ ２００６．５一ｌ０ ｌＯ：１２ ２ｏｏ６．５．１Ｏ ｌ８：ｏ０ ２０ｏ６－５一ｌ６ １４：５５ ２００６－５．２４ ２０：３０ ２００６－５－２８ ２２：１５ ２００６—８—２２ ｏｏ：ｏｏ ／ ／ ／ ， ， ４．７ ４９ ５ｌ ５８ ５０ ｌ８ ， 来测 未测 １２ ｌ２ ｌＯ ９ ｌｌ ｎ ｌ０ ９ 高肇或流极ｌ故障 高肇或漉撅ｌ故障 离肇直流撮２故障 搿肇囊漉极ｌ故簿 天广嶷流极ｌ故障 三鹅矗漉极ｌ故障 入的效率很低，只有２０％左右的注入电流流入 变压器中性点，抵消变压器中性点的直流，其它 ８０％的注入电流不知去向，有可能对周围其它 设备造成新的直流“污染”。 ２．４９ ５．５２ 厂东科技２００８ １１总第２００期 电力建设Ｉ专栏 若发电厂或变电占的出线回路复杂，有５００ ｋＶ、２２０ ｋＶ多 运行方式。 个变压器接地点，而地下电流的流动方向无法控制时，为消除 两种运行方式的转换可以通过手动操作或自动进行。在直 ２２０ｋＶ变压器中性点电流而注入的反向电流有可能给５００ ｋＶ 接接地运行方式下当中性点直流电流超过设定值时可以通过手 接地主变或其它接地设备造成不良影响。另外反向注入法需要 动或自动切换到电容接地运行方式；在电容接地运行方式下当 敷设辅助接地极，辅助接地极的辅助位置不好确定，土建施工量 电容器两端电压低于下限设定值时可以手动或自动切换到直接 也比较大。同时反向直流电流发生器功率消耗较大。 潜江变电容法隔直方案 接地运行方式。而当电容器两端电压超过上限设定值时装置启 动快速旁路电路，并迅速切换到直接接地运行方式。 据了解，口江变隔直装置实施之前，广东电网公司委托华中 潜江变电容法隔直技术方案，利用电容器隔直流、通交流的 技术特点，在变压器中性点串联一个电容器可完全抑制变压器 理工大学进行了电容器隔直对继电保护影响情况的计算，结论 中性点的直流电流。当电容器的容量足够大时（即交流容抗足够 是不会对继电保护的动作行为造成影响，所有继电保护装置的 小时），对于保护及安全自动装置的动作行为不产生影响。 定值不需要重新整定。 潜江变隔直装置的隔直电容器为３０００ ｕ Ｆ／４０００ Ｖ，对于 我们通过对变电站运行人员的工作情况了解和查看隔直装 广●●●●●●●●●●●●●；●●一 ５０ Ｈｚ的交流容抗为１．２ Ｑ。与隔直电容 并联一个状态转换开关，用于实现变压 Ａ Ｂ Ｃ 器中性点的直接接地或经电容器接地的 状态转换。与隔直电容同时并联的还有 套晶闸管过电压快速旁路系统，当电 容两端电压超过８００Ｖ时可以在１０ ｕ ｓ 内快速将电容器旁路掉，实现变压器中 Ｉ Ｉ 性点的直接接地。另外隔直装置还配备 ｌ Ｉ 有一套远程监控终端（计算机）通过光纤 ｌ ｌ 与装置通讯，实现远行人员对装置的控 ● Ｉ 制、监视。 ５ ｌ ｌ 电容法抑制变压器中性点直流电流 ｌ 装置，采用在变压器中性点接入电容器 ｌ Ｉ 的技术方案抑制直流电流，利用与电容 ● Ｉ 器并联开关实现直接接地运行状态和电 － ｌ 容接地运行状态的转换（如图１所示）。 ● 一Ｊ 在电容接地运行状态下，当交流系统发 生三相不平衡故障时，将有可能在电容 器两端产生高电压。装置通过大功率晶 图１电容法隔直装置一次系统原理图 闸管实现过电压快速旁路保护，并驱动 状态转换开关闭合实现中性点金属性接 地。 过电压快速旁路系统由状态转换开 关回路、整流桥、大功率晶闸管、过电压 触发回路、快速脱扣系统五部分组成。装 置利用晶闸管的快速导通特性（ＵＳ级通 断速度）和开关接点的大电流持久性，实 现在中性点出现过电压时迅速、可靠地 旁路电容器，使变压器中性点进入金属 性直接接地。 此装置有两种运行方式，即中性点 直接接地运行方式和中性点电容接地运 行方式。等效电路如图２所示。 图２中，当状态转换开关断开时运 中性点电容接地运行方式 中性点直接接地运行方式 行于中性点电容接地运行方式，当状态 转换开关闭合时运行于中性点直接接地 图２电容法隔直装置接地方式图 广东科技２００８ １１总第２００期 专栏Ｉ电力建设 置运行日志，发现隔直装置自２００７年１１月１日正式投入运行 中性点接地运行方式。这样可以在两台主变之间合适位置安装 以来一直处于电容隔直运行方式。在２００７年１１月２６日有一 一台隔直装置，如图３所示。两台主变各利用一个接地刀通过隔 条２２０ ｋＶ线路发生了Ｃ相接地故障，隔直装置迅速转换为直接 直装置接地。这样当＃１主变接地刀闸断开时，将＃２主变通过 接地，线路继电保护装置正确动作。清远供电局对该产品反映较 电容接地。反之当＃２主变接地刀闸断开时，将＃１主变通过电 好。 容接地。这样通过简单的接地刀切换实现两台主变接地方案的 转换。 ３不同隔直措施的比较分析 ３．１串联小电阻法 串联小电阻法是通过在变压器中性点上装设一个电 阻来抑制流过变压器中性点的直流电流。 串联电阻阻值的选取跟地下分布电阻有关，阻值越 大抑制中性点直流的效果越好，同时变压器的可靠接地 ＃１主变 Ａ Ｂ Ｃ ＃２主变 Ａ Ｂ Ｃ 性越差。本方法对电阻的选取比较复杂，需委托科研单位 进行理论计算，当电阻的阻值较小时不能有效地抑制直 流电流，当电阻选取较大时变压器中性点不能可靠接地， 对继电保护的动作行为可能造成影响。 另外，通过我们的调研，小电阻法装置对系统故障时 可能产生的大电流的应对措施比较简单，只利用间隙放 电来释放三相不平衡故障电流在隔直电阻上产生的高 原 接地刀 压。由于间隙放电受环境因素的影响比较大，放电电压误 差也比较大，很难保证其动作的可靠性。为解决电阻散热 问题，电阻采用箱式结构。 如果采用晶闸管或开关装置将电阻旁路的技术方案 （电容法的解决方案Ｊ，又造成中性点接地阻抗不连续，从 而导致继电保护配置复杂化。 采用串联小电阻法方案需要增加旁路刀闸、串联小 图３＃１、＃２主变共用隔直装置方案主变中性点接线原理图 电阻箱及放电间隙，加上电阻值的委托计算等费用。 ３－２反向注入法隔直法 采用电容法隔直方案需在变压器附近建１个隔直装置设备 司，增加２个接地刀和高压联络电缆。 该方法使用直流电流发生装置，在变压器中性点注入反向 直流电流，抵消变压器的直流偏磁，消除直流偏磁对变压器安全 运行的影响。该方法不改动变压器的原有接线，运行起来较安 ４结论 全。但需要在变压器周围敷设反向注入接地极。 由于受直流输电的影响，电网系统中多次出现主变中性点 该方法需要在变压器周围敷设反向注入接地极，土建工程 直流电流造成变压器噪声增大、谐波含量增大的问题，由此需要 较大。并且反向注入的效率＂／Ｅｌ￣，只有２０％左右的注入电流流 加装隔直装置消除直流偏磁。现有工程实施中有串联小电阻法、 入变压器中性点，抵消变压器中性点的直流，其它８０％的注入 反向注入法和电容法三种原理的隔直装置。串联小电阻法直观， 电流不知去向，有可能对周围其它设备造成新的直流“污染”。 运行方便简单，易于施工，但其电阻值的选取比较复杂，甚至在 采用反向注入法隔直方案需要增加反向直流发生设备、远 当电网运行方式改变时隔直电阻需要根据运行方式调整，不利 方控制屏、敷设反向注入接地极，并且由于反向注入接地极需要 于运行：注入法隔直法不改动变压器的原有接线，运行起来较安 距离电厂地网至少３公里以上，需要进行征地、外引电缆敷设和 全。但需要在变压器周围敷设反向注入接地极，注入电流有可能 土建工程，如使用此方式预计征地。 ３．３电容法隔直 对周围其它设备造成新的直流“污染”，并且由于反向注入接地 极需要距离电厂地网至少３公里以上，需要进行征地、外引电缆 观，现场改动量小，其两种运行方式的转换可以通过手动操作或 自动进行，运行方便简单，装置实际运行情况良好。综上所述，笔 采用电容法隔直方案需在变压器附近建一个隔直装置设备 敷设和土建工程，施工困难且工程量大；电容法隔直原理简单直 问，增加一个接地刀。 电容法隔直技术方案，利用电容器隔直流通交流的技术特 的直流电流。当电容器的容量足够大时（即交流容抗足够小时）， 对于保护及安全自动装置的动作行为不产生影响。 从电网２２０ ｋＶ系统运行情况来看，１、２号主变一般采用单 点，在变压器中性点串联一个电容器可完全抑制变压器中性点 者认为电容法隔直装置较优，便于工程实施，并且运行可靠。一 （作者单位：广东省电力设计研究院） 广东科技２００８１１总第２００期
