錦—蘇特高壓直流對(duì)江蘇電網(wǎng)變壓器直流偏磁的影響

吳 鵬， 田 猛， 陸云才， 陳銘明， 蔚 超， 吳益明

(1.江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院，江蘇南京 211103；2.鎮(zhèn)江市供電公司，江蘇鎮(zhèn)江 212000)

高壓及特高壓直流輸電在系統(tǒng)調(diào)試、檢修或發(fā)生單極故障的情況下，采用單極大地回線的運(yùn)行方式[1-3]。單極大地回線運(yùn)行時(shí)，巨大的直流電流經(jīng)接地極流入大地，造成較大范圍的地電位變化[4-5]。兩站地電位存在電位差，會(huì)在兩站主變中性點(diǎn)流過直流電流，從而造成主變鐵心磁密工作點(diǎn)偏移，主變出現(xiàn)噪聲增大、振動(dòng)加劇等現(xiàn)象，還可能引起漏磁過大而發(fā)生局部過熱，并造成交流電網(wǎng)的諧波畸變?cè)龃蟮炔焕绊慬6-10]。目前，國(guó)內(nèi)部分廠家只在技術(shù)協(xié)議中保證，在變壓器500 kV繞組中性點(diǎn)接地回路中存在4～10 A直流偏磁電流下，變壓器不會(huì)因直流偏磁作用產(chǎn)生振動(dòng)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件松動(dòng)，變壓器鐵心不存在局部過熱現(xiàn)象[11]。曾對(duì)500 kV斗山變3號(hào)主變（三相分體）進(jìn)行過1 A，2 A直流偏磁試驗(yàn)，因變壓器振動(dòng)過大，未進(jìn)行4 A直流偏磁試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示2 A未對(duì)變壓器造成明顯損傷[12]。錦—蘇±800 kV特高壓直流輸電工程接地極位于蘇州吳江地區(qū)，蘇南地區(qū)負(fù)荷量重，樞紐變電站眾多。為了評(píng)估特高壓直流單極大地回線運(yùn)行方式下直流偏磁對(duì)蘇南交流電網(wǎng)樞紐變電站主變的影響，在特高壓直流調(diào)試期間對(duì)蘇南樞紐變電站主變進(jìn)行了直流偏磁帶電檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。

高壓及特高壓直流輸電在系統(tǒng)調(diào)試、檢修或發(fā)生單極故障的情況下，采用單極大地回線的運(yùn)行方式[1-3]。單極大地回線運(yùn)行時(shí)，巨大的直流電流經(jīng)接地極流入大地，造成較大范圍的地電位變化[4-5]。兩站地電位存在電位差，會(huì)在兩站主變中性點(diǎn)流過直流電流，從而造成主變鐵心磁密工作點(diǎn)偏移，主變出現(xiàn)噪聲增大、振動(dòng)加劇等現(xiàn)象，還可能引起漏磁過大而發(fā)生局部過熱，并造成交流電網(wǎng)的諧波畸變?cè)龃蟮炔焕绊慬6-10]。目前，國(guó)內(nèi)部分廠家只在技術(shù)協(xié)議中保證，在變壓器500 kV繞組中性點(diǎn)接地回路中存在4～10 A直流偏磁電流下，變壓器不會(huì)因直流偏磁作用產(chǎn)生振動(dòng)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件松動(dòng)，變壓器鐵心不存在局部過熱現(xiàn)象[11]。曾對(duì)500 kV斗山變3號(hào)主變（三相分體）進(jìn)行過1 A，2 A直流偏磁試驗(yàn)，因變壓器振動(dòng)過大，未進(jìn)行4 A直流偏磁試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示2 A未對(duì)變壓器造成明顯損傷[12]。錦—蘇±800 kV特高壓直流輸電工程接地極位于蘇州吳江地區(qū)，蘇南地區(qū)負(fù)荷量重，樞紐變電站眾多。為了評(píng)估特高壓直流單極大地回線運(yùn)行方式下直流偏磁對(duì)蘇南交流電網(wǎng)樞紐變電站主變的影響，在特高壓直流調(diào)試期間對(duì)蘇南樞紐變電站主變進(jìn)行了直流偏磁帶電檢測(cè)和在線監(jiān)測(cè)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。

1錦—蘇特高壓直流系統(tǒng)基本情況

錦—蘇±800 kV特高壓直流輸電是國(guó)網(wǎng)公司繼向上線后建設(shè)的又一特高壓直流輸電工程。該工程額定輸送容量7200 MW，最大連續(xù)輸送容量7600 MW，線路途經(jīng)四川、云南、重慶、湖南、湖北、安徽、浙江、江蘇八省市，全長(zhǎng)約2 100 km?！?00 kV蘇州換流站是錦蘇線在江蘇的落腳點(diǎn)，總占地16.6 hm2，換流變壓器容量為（24+5）×339 MV·A，500 kV 出線 6 回。

蘇州吳江地區(qū)附近100 km范圍內(nèi)共有3個(gè)換流站接地極：±800 kV同里換流站接地極、±800 kV奉賢換流站接地極、±500 kV華新?lián)Q流站接地極。±800 kV蘇州換流站位于江蘇蘇州500 kV吳江變電所西側(cè)，屬于松陵鎮(zhèn)和平望鎮(zhèn)管轄，同里接地極位于吳江市和浙江交界處桃源鎮(zhèn)民益村，接地極線路約37.5 km（與蘇州換流站直線距離約27 km）；向家壩—上?！?00 kV特高壓直流奉賢換流站接地極位于上海市金山區(qū)廊下鎮(zhèn)西南部，六里塘以東，山塘河以北，朱平公路以西，距奉賢換流站96 km；另外，在蘇州接地極與奉賢接地極中間還有±500 kV華新?lián)Q流站接地極。

2直流偏磁測(cè)試方法

為了更全面了解錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流對(duì)江蘇電網(wǎng)運(yùn)行的影響，結(jié)合系統(tǒng)調(diào)試計(jì)劃，在蘇州換流站接地極100 km半徑范圍內(nèi)安裝直流偏磁在線監(jiān)測(cè)設(shè)備以及安排帶電檢測(cè)，在大功率調(diào)試期間實(shí)時(shí)檢測(cè)變壓器噪聲、振動(dòng)、中性點(diǎn)直流電流。

2.1直流偏磁測(cè)試布點(diǎn)

為獲得較為準(zhǔn)確的直流分布情況，綜合考慮蘇州地區(qū)變電站眾多、主變負(fù)荷重，距離特高壓線路及接地極地理位置、太湖水域等因素，測(cè)試主變主要涵蓋蘇州大部分500 kV及吳江220 kV變電站、環(huán)太湖周圍無錫500 kV變電站，具體測(cè)點(diǎn)如表1。

2.2直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由直流偏磁在線監(jiān)測(cè)終端和后臺(tái)組成。監(jiān)測(cè)終端包括直流電流傳感器、數(shù)據(jù)采集單位、無線發(fā)射模塊及相應(yīng)的電源箱體等；系統(tǒng)后臺(tái)包括無線接收單元、數(shù)據(jù)處理服務(wù)器、直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件及其他附件等。直流電流傳感器采用霍爾效應(yīng)測(cè)試直流電流，安裝在變壓器中性點(diǎn)引下線上，通過屏蔽信號(hào)電纜將數(shù)據(jù)提供給采集單元，采集單元初步加工后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成特定文件發(fā)送給無線發(fā)射模塊，無線發(fā)射模塊采用商用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)文件給遠(yuǎn)端，遠(yuǎn)端無線接收后轉(zhuǎn)交至后臺(tái)直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器上，進(jìn)入高級(jí)應(yīng)用層。直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表1主要測(cè)試布點(diǎn)

圖1直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為監(jiān)測(cè)錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流輸電工程對(duì)江蘇電網(wǎng)主變的直流偏磁影響，在蘇州地區(qū)和無錫地區(qū)8個(gè)500 kV變電站和6個(gè)220 kV變電站共裝設(shè)23套直流偏磁在線監(jiān)測(cè)終端。另外在500 kV吳江變1號(hào)主變、500 kV木瀆變2號(hào)主變和500 kV車坊變3號(hào)主變裝設(shè)了3套振動(dòng)和噪聲在線監(jiān)測(cè)裝置，以輔助監(jiān)測(cè)直流偏磁對(duì)主變的影響。

直流偏磁在線監(jiān)測(cè)終端在變電站現(xiàn)場(chǎng)安裝前后進(jìn)行了測(cè)量精度和測(cè)量值校準(zhǔn)。校準(zhǔn)采用安捷倫標(biāo)準(zhǔn)電流源輸出1 A，2 A，4 A，8 A，16 A直流電流，然后通過直流偏磁在線監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行測(cè)量比對(duì)，測(cè)試精度小于2%。

2.3直流偏磁帶電檢測(cè)測(cè)試

在錦屏—蘇南±800 kV特高壓直流輸電工程調(diào)試期間，為防止直流偏磁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)個(gè)別終端通信問題中斷或其他原因非正常狀況造成測(cè)試失效，另外補(bǔ)充測(cè)試了未安裝直流偏磁在線監(jiān)測(cè)終端的主變中性點(diǎn)直流電流，在蘇州和無錫地區(qū)布置9個(gè)變電站 （吳江變、車坊變、木瀆變、石牌變、玉山變、梅里變、惠泉變、菀坪變、蘇州換流變）進(jìn)行直流偏磁現(xiàn)場(chǎng)帶電測(cè)試，采用儀器為特制直流鉗8支，振動(dòng)分析儀2臺(tái)，NL噪聲測(cè)試儀4臺(tái)。特制直流鉗中直流傳感器與2.2中所采用的直流傳感器相同，測(cè)試精度小于2%。振動(dòng)分析儀采用IOtech 652U，采用加速度傳感器和速度傳感器兩類傳感器。

3大功率雙極不對(duì)稱運(yùn)行對(duì)江蘇電網(wǎng)的影響

3.1雙極不平衡大功率調(diào)試

極1大功率調(diào)試時(shí)間為2012年7月7日8∶00至7月8日0∶43，其中12∶58達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行，雙極功率（1800+180）MW，入地電流 3930 A；16∶58 達(dá)到 1.1 倍過負(fù)荷運(yùn)行，雙極功率（1980+180）MW，最大入地電流4494 A。功率和電流曲線如圖2所示。

圖2極1大功率調(diào)試曲線及接地極入地直流曲線

3.2直流偏磁測(cè)試結(jié)果

在大地回線最大入地電流4494 A時(shí)，對(duì)蘇州和無錫地區(qū)重要主變直流偏磁進(jìn)行了測(cè)試，測(cè)試數(shù)據(jù)如表2所示。

表2蘇州和無錫地區(qū)部分變電站主變直流偏磁測(cè)試結(jié)果

從表2可以看出，錦蘇直流系統(tǒng)大地回線運(yùn)行方式下，蘇州換流站接地極入地電流最大為4500 A，蘇州地區(qū)500 kV變電站主變均受直流偏磁影響，中性點(diǎn)直流電流、振動(dòng)和噪聲均有明顯增長(zhǎng)，另外變壓器頂層油溫也有2～3℃的增長(zhǎng)。

500 kV吳江變5臺(tái)主變中性點(diǎn)直流電流增長(zhǎng)至1.60～2.95 A，3號(hào)東芝產(chǎn)主變直流最大2.95 A，噪音比正常最大增加3.4～9.7 dB，振動(dòng)加速度幅值增大1倍；500 kV玉山變主變中性點(diǎn)為直接接地方式，1號(hào)、4號(hào)主變直流電流分別為4.48 A，4.34 A，噪音比正常約增加12.0 dB；500 kV車坊變2號(hào)主變?yōu)槿毡救猱a(chǎn)的殼式變壓器，最大直流為7.2 A，噪音增加16.0 dB，3號(hào)主變最大直流3.8 A，噪音增加10.0 dB，振動(dòng)增加1.3倍；500 kV石牌變1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)變壓器直流增加3.12～3.50 A，噪音增加3.0 dB；無錫地區(qū)500 kV主變受直流偏磁影響較輕，梅里變、惠泉變、岷珠變主變中性點(diǎn)直流均在2 A以下。

另外，蘇州吳江地區(qū)220 kV慈云變、菀坪變主變受直流偏磁影響較大，菀坪變、慈云變中性點(diǎn)直流增長(zhǎng)至3～4 A，從地理位置看這2個(gè)站比較靠近蘇州換流站接地極。其他吳江地區(qū)220 kV主變受直流偏磁影響均較小，中性點(diǎn)直流均在1.6 A以下。

500 kV吳江變1號(hào)主變外殼振動(dòng)在蘇州換流站雙極不平衡大功率調(diào)試期間的變化情況如表3所示，隨著入地電流的增大，主變中性點(diǎn)直流偏磁嚴(yán)重，主變振動(dòng)加劇。從直流偏磁狀態(tài)下的500 kV吳江變1號(hào)主變振動(dòng)頻譜分析（如圖3所示）可以看出，直流偏磁造成變壓器鐵心偏飽和，振動(dòng)頻率以高頻為主。

表3 500 kV吳江變1號(hào)主變振動(dòng)隨調(diào)試的變化

圖3直流偏磁狀態(tài)下500 kV吳江變1號(hào)主變振動(dòng)頻譜分析

蘇州換流站雙極不平衡大功率調(diào)試前后，對(duì)所評(píng)估主變進(jìn)行油色譜分析，油色譜數(shù)據(jù)顯示主變未因直流偏磁出現(xiàn)局部過熱等異?，F(xiàn)象。

4結(jié)束語(yǔ)

華東地區(qū)是電力負(fù)荷集中的區(qū)域，蘇滬浙交界區(qū)域布置了蘇州、奉賢、華新三座特高壓直流換流站，同樣交流500 kV和220 kV電網(wǎng)也在該地區(qū)分布密集，測(cè)試和監(jiān)測(cè)換流站不平衡運(yùn)行對(duì)該地區(qū)主變的直流偏磁影響對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有較大意義。在特高壓錦—蘇直流工程最大不平衡功率運(yùn)行情況下進(jìn)行測(cè)試，除車坊變2號(hào)主變外其他主變直流偏磁電流均小于4 A，換算到單相變壓器小于1.3 A，遠(yuǎn)小于技術(shù)協(xié)議中規(guī)定主變單相耐受直流偏磁電流4 A的能力值，且未發(fā)現(xiàn)主變因直流偏磁產(chǎn)生局部過熱現(xiàn)象。

江蘇境內(nèi)500 kV主變大多選用中性點(diǎn)小電抗接地方式，零序阻抗的增大雖對(duì)直流偏磁現(xiàn)象存在一定的抑制作用，但是考慮到多座換流站存在同時(shí)不平衡運(yùn)行的可能，以及對(duì)未來運(yùn)行環(huán)境惡劣的預(yù)估，建議對(duì)新入網(wǎng)的500 kV主變技術(shù)協(xié)議應(yīng)嚴(yán)格規(guī)定變壓器耐受直流偏磁能力水平，出廠試驗(yàn)應(yīng)添加直流偏磁試驗(yàn)，并加強(qiáng)直流偏磁的在線監(jiān)測(cè)跟蹤。

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