高壓直流輸電單極運(yùn)行對500kV交流變壓器影響分析

【摘要】高壓直流輸電工程中，有雙極大地回線、單極大地回線、單極金屬回線等運(yùn)行方式，單極大地回線方式運(yùn)行時，高達(dá)數(shù)千安的直流電流直接流入大地。當(dāng)接地變壓器等設(shè)備中有直流電流經(jīng)過時形成了交流回路，再加上直流偏磁的作用影響，使接地電力變壓器運(yùn)行異常，這種非正常運(yùn)行狀態(tài)，對自身和所在的電力系統(tǒng)都有嚴(yán)重的影響。

【關(guān)鍵詞】變壓器；變壓器鐵芯；噪聲頻率；直流偏磁

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，出現(xiàn)了“全國聯(lián)網(wǎng)”；“南北互供”；“西電東送”等重要戰(zhàn)略決策。高壓直流輸電工程單極大地回線方式運(yùn)行時，高達(dá)數(shù)千安的直流電流直接流入大地。當(dāng)接地變壓器等設(shè)備中有直流電流經(jīng)過時形成了交流回路，再加上直流偏磁的作用影響，使接地電力變壓器運(yùn)行異常，這種非正常運(yùn)行狀態(tài)，對自身和所在的電力系統(tǒng)都有嚴(yán)重的影響。例如，自三峽至常州500KV直流輸電系統(tǒng)運(yùn)行后，常州區(qū)域的兩組變壓器的噪聲不斷地上升，約達(dá)20dB。本文將通過具體的實例分析直流輸電單極對接地變壓器的影響。

一、輸電單極對交流變壓器的影響具體體現(xiàn)

（1）分析對所有變壓器的共性影響具體體現(xiàn)

變壓器鐵芯磁滯曲線之所以會發(fā)生偏移是因為直流電流的存在，從而導(dǎo)致直流偏磁的產(chǎn)生，使變壓器的正常運(yùn)行受到影響。受到影響的范圍主要包括：①變壓器運(yùn)行時噪音和振動的加大。變壓器具有磁滯伸縮的特性，當(dāng)直流偏磁出現(xiàn)時，相同的交流電流流過變壓器的繞組，加大了鐵芯的振動幅度和伸縮幅度，從而增大了變壓器的噪聲。與此同時，由于磁滯的伸縮，導(dǎo)致非正弦振動的產(chǎn)生。這種振動的噪聲頻率中存在著大量的諧波，一旦其中的一部分和變壓器構(gòu)件產(chǎn)生了共振，會使噪音變得更大，這種現(xiàn)象的存在，對變壓器內(nèi)部的受損和零件的松動有著重要的影響。②導(dǎo)致電壓產(chǎn)生畸形波變。當(dāng)變壓器的鐵芯發(fā)生嚴(yán)重的直流偏磁時，而鐵芯可能在飽和區(qū)工作，增加了變壓器的漏磁通，從而引起變壓器的波形畸變。例如在對三廣直流進(jìn)行調(diào)試時，在廣東的部分電網(wǎng)中就曾發(fā)生過這樣的現(xiàn)象，特別是對單極進(jìn)行調(diào)試時。③增加鐵、銅的消耗量。由于鐵芯發(fā)生了直流偏磁，增加了漏磁通量，并導(dǎo)致構(gòu)件和鐵芯中渦流的形成，渦流的形成會使鐵的消耗量增加，除此之外，直流偏磁的形成，增大了變壓器的勵磁電流，這就逐步的增大了變壓器中銅的消耗量。隨著鐵和銅的消耗量的逐步增加，部件、繞組、鐵芯等的局部溫度將不斷的上升，嚴(yán)重發(fā)熱。對變壓器絕緣及其他組成部件的使用壽命都會造成一定的威脅。④嚴(yán)重影響繼電保護(hù)。其作用效果為：當(dāng)直流系統(tǒng)不對稱時，系統(tǒng)處在運(yùn)行的狀態(tài)中，隨著電流量的突然變化和增大的零序電壓，從而使母差失靈復(fù)合電壓動作，并啟動線路保護(hù)。

二、定性分析輸電單極對不同結(jié)構(gòu)的變壓器的影響

通過上述內(nèi)容可知，變壓器鐵芯直流偏磁的產(chǎn)生是因為變壓器繞組有直流電流通過，不僅增大了變壓器的噪音，導(dǎo)致了電壓產(chǎn)生了畸形波變，同時還增大了損耗。由于不同的變壓器有著不同的結(jié)構(gòu)，因此當(dāng)同樣大小的電流流過繞組時，會造成鐵芯中不同程度直流偏磁的產(chǎn)生。①對于三相芯式變壓器來說，當(dāng)有直流電流經(jīng)過時，直流電流只是相當(dāng)于零序電流。磁通由直流電流產(chǎn)生，并應(yīng)該從幅邊無三角形的繞組的磁路通過。（如圖1）由于該種變壓器的零序磁阻較大，因此若想有足夠大的偏磁產(chǎn)生從而影響變壓器的運(yùn)行，需要要有對應(yīng)較大的直流電流，種種原因使變壓器能夠承受相對來說數(shù)值較大的直流電流。②對于三相五柱式變壓器來說，由于該種變壓器的零序磁通和產(chǎn)生直流電流的磁通由同種磁路經(jīng)過，同時，都經(jīng)由兩個邊柱鐵芯，相對與三相芯式的變壓器來說，磁阻要小得多。當(dāng)與三相芯式變壓器相同的直流電流從繞組中流過時，會出現(xiàn)比較嚴(yán)重的直流偏磁，因而對變壓器有著較大的影響。③對于三相分體式變壓器來說，對其組成中的任何結(jié)構(gòu)，主序磁通和零序磁通都是由同一磁路經(jīng)過，由于運(yùn)用了先進(jìn)的技術(shù)，使這種變壓器產(chǎn)生的勵磁電流很小，（型號為ODFS-250000/525/√3的電流為0.3A，幅值為0.5A）在變壓器繞組中有0.5A的直流電流經(jīng)過時，直流偏磁幅值幾乎與空載磁通相似。從上述的分析中，我們可以得出直流電流對三相分體式變壓器的影響很大。

綜上所述，高壓直流輸電單極的運(yùn)行對變壓器的整體運(yùn)行會產(chǎn)生不利的影響，并且對于不同結(jié)構(gòu)的變壓器影響力也不同。對交流變壓器的直流中性點的抑制，是保證其正常、安全運(yùn)行的有效措施。

結(jié)語

直流輸電技術(shù)目前在我國廣泛應(yīng)用，在交流電和直流電混合組成的輸電系統(tǒng)中，一定數(shù)量的直流電流會從交流變壓器的中性點通過，會對變壓器的整體運(yùn)行造成不良的影響。解決這個問題的最為有效的途徑就是通過將電容與輸電線電路串聯(lián)，使直流電流減小甚至消除。這種方法雖然可行，但是還是會對變壓器的參數(shù)產(chǎn)生一定的影響，因此對這些問題還需進(jìn)一步的探究。本為通過對輸電單極對交流變壓器的影響具體體現(xiàn)、定性分析輸電單極對不同結(jié)構(gòu)的變壓器的影響的簡單闡述，闡明了高壓直流輸電單極的運(yùn)行對變壓器的整體運(yùn)行會產(chǎn)生不利的影響，對交流變壓器的直流中性點的抑制很有必要。

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姓名：胡藝馨；民族：滿；籍貫：遼寧盤錦；單位：上海市電力公司檢修公司；研究方向：高壓直流輸電運(yùn)行

姓名：朱浩文；民族：漢 籍貫：吉林省吉林市；單位：上海市電力公司檢修公司；研究方向：高壓直流輸電運(yùn)行