抑制變壓器中性點直流電流的措施探析

摘要：由于很多高壓直流的供電系統(tǒng)采取的是以大地為導(dǎo)體進(jìn)行回流的方式在運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣就會有一部分較大電流通過變壓器中的中性點部分，從而影響了變壓器的正常運(yùn)行，還有可能使變壓器受損。文章針對中性點中直流電的形成因素進(jìn)行分析，總結(jié)出幾種能夠有效抑制這種情況發(fā)生的措施。

關(guān)鍵詞：中性點；直流電；變壓器

中圖分類號：TM406 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）20-0135-02

一般高壓外輸電系統(tǒng)都是采取通過大地進(jìn)行回流的方法運(yùn)行的，主要包含大地回線單極式及雙極不協(xié)調(diào)方式，在這種情況下，很容易引起變壓器中性點由于直接接觸地面而使發(fā)生直流偏磁，進(jìn)而出現(xiàn)諧波、噪音、震動、溫度太高等一系列問題，嚴(yán)重影響變壓器的正常運(yùn)作，甚至?xí)茐淖儔浩?，引起保護(hù)誤動。

1 主變壓器中性點直流電的主要成因

在變壓器以雙極不協(xié)調(diào)不平衡的方式及大地回線為單極方式運(yùn)轉(zhuǎn)時，會產(chǎn)生很大的直流電直接接入大地，形成回流，這樣在輸電系統(tǒng)的接地周圍就會形成一個龐大的直流電場，遍布在直流供電系統(tǒng)周圍的交流電站就處在了各不相同的直流電勢點之上，因此各個交流電站的主要接地網(wǎng)就會產(chǎn)生不平衡的電勢差。當(dāng)兩者之間的距離越大，兩個站點之間的主電勢差的差距就越大，恰逢此時兩站若存在相聯(lián)的交流線路，那么就會在兩站的內(nèi)部主接地網(wǎng)通過中性點、站內(nèi)交流線、低電阻以及站內(nèi)的設(shè)備線路形成直流式回路，這個回路內(nèi)就存有直流電來回流通。因為主干變壓器及其中性點就存在這個回路內(nèi)，所以直流電經(jīng)由主變壓器，再流經(jīng)中性點直接入地或者從地面進(jìn)入主變壓器的中性點再流進(jìn)主變壓器室是具有必然性的。以廣東省為例，廣東的大部分超過220V的變電站都在中性點上安裝了直流電互感器，主要作用是監(jiān)測中性點中流過的直流電，以實際監(jiān)測結(jié)果來看，當(dāng)直流供電系統(tǒng)通過單極大地回線形式運(yùn)作時，它周圍的接地極的220V變電站內(nèi)主變壓器的中性點內(nèi)流過80A左右的直流電，很大程度上超出了廠家規(guī)定的控制在10A直流電的標(biāo)準(zhǔn)。因此，這個問題在很大程度上阻礙了變壓器的正常運(yùn)行，由此可見，要抑制變壓器中性點的直流電已成為電力企業(yè)需要解決的首要問題。

2 主要抑制中性點直流電的策略

本文作者理論上認(rèn)為想要抑制中性點中存在直流電對變壓器的影響應(yīng)主要從兩方面入手，即主動和被動。

2.1 主動性策略

改變接地極與變電站的地理位置，同一個地極被多個直流系統(tǒng)應(yīng)用，加強(qiáng)變壓器提高其承受直流電的能力等這些措施都可以稱之為主動措施。但是在實際中，由于交流電負(fù)荷區(qū)域與直流電地極不容易接近，而且現(xiàn)今的很多變壓器廠家很難生產(chǎn)出承受高強(qiáng)度直流電的變壓器，所以這個措施也只能是理論上的措施，很難在實際中實行到位。

2.2 被動策略

在限制中性點中存在的直流電的被動方案上，一些西方國家早在20世紀(jì)80年代就有了研究，我國也在今年來采取了這種方法，同時也取得了不錯的效果，也有了部分工程案例。理論上而言，被動策略分為三種方法：一是減小電勢差，減小流經(jīng)主變壓器的電流。這種方法多是采取在變電站之間安裝反向直流電源，借助反向直流電源制造反向電流以加大或者減小電站之間主接地網(wǎng)的差距，從而達(dá)到降低電勢差，減小電流的目的。二是控制直流電流，加裝中性點的阻隔。這種方法已被廣東省采用，它主要是在中性點與主接地網(wǎng)之間增加電容器，電容器具有只通交流電而阻隔直流電的特點，利用這個特性，可以有效地阻斷直流電通入主變壓器。三是將過大的直流電分流出去，這樣每一分流都會變小，危害就會降低。它主要是降低線路地線的電阻，將一部分直流電通過地線流走，減小從相線流經(jīng)的直流電，由于直流電都是通過相線進(jìn)入到變壓器的，因此降低地線的直流電阻就能使流經(jīng)變壓器的直流電被分散掉一些。

以上兩點是在理論上對其進(jìn)行解釋，下面我們將針對其在實際中的應(yīng)用進(jìn)行分析。

3 企業(yè)實際運(yùn)用的抑制中性點直流電的措施

通過作者對實際情況的調(diào)查得出結(jié)論，如今被電力企業(yè)主要采取的有兩個方案：一是利用電容進(jìn)行阻隔直流電；二是增設(shè)反向直流電源，形成反向直流。

3.1 電容阻隔方式

電容器、旁路開關(guān)、數(shù)字監(jiān)控、晶閘管以及遠(yuǎn)方監(jiān)控裝置等系統(tǒng)組成了電容阻隔裝置。將此設(shè)備置于中性點側(cè)端，使用單相阻隔開關(guān)與中性點連接在一起，隔直電容為其主要組成部分，晶閘管及旁路開關(guān)并聯(lián)在電容兩端。在晶閘管閉合以及旁路開關(guān)同時閉合時，電容隔直為接地狀態(tài)。這時的隔直裝置處于正常運(yùn)行狀態(tài)，一般中性點中流經(jīng)的直流電流不超出額定值時，該裝置都會處于正常的工作狀態(tài)；當(dāng)旁路開關(guān)斷開，電容器直接接入變壓器的中性點，使直流電流無法通過中性點，這時隔直裝置處于隔斷直流電的工作狀態(tài)。只有在中性點的直流電值超出額定電流值時，該裝置就會直接由接地狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦糁睜顟B(tài)。此外隔直裝置還兼具監(jiān)控的功能，在變電站內(nèi)配置一臺計算機(jī)，該計算機(jī)就可以隨時監(jiān)測到該裝置的各個配件的工作情況并完全地顯現(xiàn)出來，準(zhǔn)確地反映出流經(jīng)主變壓器中性點的直流電強(qiáng)度。在裝置了電容器的中性點，如果發(fā)生了由于單相接地而引發(fā)的故障，這時主變壓器中性點就會有強(qiáng)大的電流通過，并會產(chǎn)生很大伏值的暫時狀態(tài)電壓。在電容器兩側(cè)電壓超出限制值后，可以利用電流旁路保護(hù)動作使電容旁路，以控制暫時性電壓的伏值，這樣既不需要大容量的電容器來承接強(qiáng)電流，還減小了空間，降低了成本，同時也杜絕了對中性點絕緣的有害影響，保障了變壓器的安全運(yùn)作。表1是筆者通過對大亞灣及嶺澳核電站的相關(guān)數(shù)據(jù)分析得出。

即使電容器被破壞了或者旁路發(fā)生故障，也可以通過閉合旁路刀閘，令中性點接地，再開啟裝置兩端的隔離刀閘，進(jìn)行與系統(tǒng)隔絕，這樣就可以對損壞的部分進(jìn)行維修了。但是在使用該項方案時，應(yīng)當(dāng)注意其投入對二次保護(hù)可能帶來的危害；可能帶來交流系統(tǒng)單相接地事故的

發(fā)生。

3.2 增加反向電流植入系統(tǒng)

反向直流電源的主要組成部分為限流電抗器，可控制的直流電源、遠(yuǎn)方監(jiān)控以及現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般置于變電站內(nèi)的主接地網(wǎng)與遠(yuǎn)方接地極之內(nèi)，它主要對流經(jīng)變壓器中性點的電流值及方向進(jìn)行檢測，得出數(shù)據(jù)，進(jìn)而控制直流電源輸出與其非常相似的反向直流電，從而降低流經(jīng)電壓器中性點的電流值。該裝置中限流電抗器的主要作用是減少交流電網(wǎng)側(cè)的有差異的不對稱的短路電流流經(jīng)該裝置，通過遠(yuǎn)方地極提供裝置輸出的直流電要返回的路徑。同樣，此項裝置也具有很強(qiáng)的監(jiān)控功效，并且其安裝及運(yùn)作都很方便簡單。在采用次裝置時也是需要考慮一些問題的，例如交流電壓對直流電源會造成什么樣的影響及直流電源該使用什么補(bǔ)償效率等問題。

4 結(jié)語

以上文章作者在主變壓器中性點中直流電流的成因方面進(jìn)行敘述，以理論與實際相結(jié)合進(jìn)行深入分析，最終得出了有效解決了這樣實際存在主變壓器中性點直流電流的問題，并比較了兩種方式的優(yōu)勢所在，這樣給電力企業(yè)在采取何種解決措施上提供了有力的指導(dǎo)作用。促進(jìn)了電力企業(yè)的提高解決問題的能力，使企業(yè)更加優(yōu)秀、更加進(jìn)步。

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作者簡介：蘇彩琴（1988—），女，寧夏人，臥龍電氣銀川變壓器有限公司助理工程師，研究方向：變壓器

設(shè)計。