淺析500kV變電站電容隔直裝置的應(yīng)用

鄭雄風(fēng)

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714182

摘要：在西電東送戰(zhàn)略中，由于高壓直流輸電的諸多優(yōu)點而被大量應(yīng)用。而當(dāng)高壓直流輸電系統(tǒng)處于大地回流運行方式時，附近的變壓器會產(chǎn)生嚴(yán)重的直流偏磁問題。為了抑制變壓器中性點的直流分量，目前在南方電網(wǎng)為500kV變壓器中性點安裝電容隔直裝置已經(jīng)成為維護(hù)電網(wǎng)穩(wěn)定運行的重要措施。本文對變壓器直流偏磁問題進(jìn)行了闡述，重點分析了電容隔直裝置的運行原理，簡要介紹了電容隔直裝置的基本應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：直流偏磁；中性點；電容；隔直狀態(tài)；接地狀態(tài)

高壓直流輸電在遠(yuǎn)距離進(jìn)行大容量電能的輸電過程中，具有更好的經(jīng)濟(jì)性，在我國“西電東送”的戰(zhàn)略中，大量采用的高壓直流輸送方式。但隨著直流輸電通道的持續(xù)增加，直流系統(tǒng)采用的大地回流方式會導(dǎo)致附近變壓器中性點直流分量增大，產(chǎn)生嚴(yán)重的直流偏磁問題，對電力系統(tǒng)的正常安全穩(wěn)定運行造成了不利影響。為此，必須采取抑制變壓器中性點直流分量的措施。本文大致介紹了變壓器直流偏磁的概念，并分析了電容隔直裝置的基本原理及其應(yīng)用，為電容隔直裝置在500kV變電站中的應(yīng)用提供了一些參考。

1 變壓器的直流偏磁

高壓直流輸電系統(tǒng)一般采用雙極運行方式，而在這個系統(tǒng)的建設(shè)初期，往往建完其中一極之后就立刻投入運行，以提高經(jīng)濟(jì)效益。在這種運行方式下，通常是以大地作為回流電路，即用大地作為直流輸電的第二根導(dǎo)線。此時大地中會流過幾千安以上的電流，該電流會通過變壓器的接地中性點進(jìn)入交流電網(wǎng)，導(dǎo)致變壓器的勵磁電流中增加了直流分量。該直流分量會導(dǎo)致變壓器的鐵芯高度飽和，由此引發(fā)變壓器局部過熱、噪音增大、產(chǎn)生大量諧波。一方面鐵芯磁致伸縮加重使得變壓器振動更為嚴(yán)重，縮短變壓器的壽命；另一方面增加的諧波可能會導(dǎo)致變壓器的無功消耗增加，長時間過熱還會破壞絕緣，以及導(dǎo)致繼電保護(hù)裝置誤動。

2 電容隔直裝置的原理

電容隔直裝置的原理圖如圖所示，主要由電容器C、機械開關(guān)K3、晶閘管及其觸發(fā)電路、電流互感器、電壓互感器、變壓器中性點隔直裝置投切開關(guān)K2等組成，這些設(shè)備被集成安裝在戶外箱體內(nèi)，箱體又放置在變壓器旁。

其基本原理是：利用電容器“隔直流，通交流” 的特點，將電容器C串在變壓器中性線中，并在電容器C兩端并聯(lián)機械開關(guān)K3和晶閘管THY1、THY2作為旁路裝置。該裝置具有兩種運行狀態(tài)：第一種是將旁路開關(guān)合上，令裝置處于“接地狀態(tài)”；第二種是將旁路開關(guān)斷開，令裝置處于“隔直狀態(tài)”。當(dāng)電網(wǎng)運行狀態(tài)正常時，旁路裝置的機械開關(guān)K3處于合位，電容隔直裝置運行在”接地狀態(tài)”。當(dāng)檢測到變壓器中性線流過的直流電流分量大于設(shè)定的整定值并超過延時時間，則電容隔直裝置自動切換到“隔直狀態(tài)”，即分開旁路裝置的機械開關(guān)K3。當(dāng)隔直裝置運行在“隔直狀態(tài)”時，若檢測到電容器C兩端電壓的直流分量小于整定值并超過延遲時間后，隔直裝置的控制器則判斷變壓器所處區(qū)域的直流地表電位已經(jīng)恢復(fù)到正常狀態(tài)，則將隔直裝置自動切換回“接地狀態(tài)”。

在特殊情況下，當(dāng)隔直裝置運行在”隔直狀態(tài)”中，檢測到變壓器中性線流過的交流分量超過整定值時，控制器判斷變壓器所在的電網(wǎng)發(fā)生了故障，則需立即觸發(fā)晶閘管THY1、THY2導(dǎo)通旁路，并合上旁路機械開關(guān)K3，使隔直裝置切換到“接地狀態(tài)”，以確保變壓器中性點能夠直接接地。一方面對故障狀態(tài)的電網(wǎng)限壓和分流，避免變壓器中性點發(fā)生暫態(tài)過電壓；另一方面也避免串聯(lián)在中性線中的電容器C長時間流過大電流而損壞，起到了保護(hù)電容器C的目的。

再來說說并聯(lián)晶閘管THY1、THY2以及電抗器L所發(fā)揮的功能，反向并聯(lián)晶閘管THY1、THY2以及電抗器L所發(fā)揮的功能是：由于機械開關(guān)接通速度相對晶閘管導(dǎo)通速度較慢，在旁路機械開關(guān)K3合閘前，晶閘管能夠提前導(dǎo)通，使得電容器C的電量能夠及時釋放，以降低旁路開關(guān)K3合閘時的沖擊電流，起到快速保護(hù)電容器的作用。當(dāng)電網(wǎng)故障排除后恢復(fù)到正常狀態(tài)后，隔直裝置便自動切換回“隔直狀態(tài)”繼續(xù)運行。

3 電容隔直裝置的應(yīng)用

當(dāng)電網(wǎng)正常運行時，投入電容隔直裝置，即將變壓器中性點接地刀閘K1拉開，將變壓器中性點隔直裝置投切開關(guān)K2合上，并將隔直裝置控制器控制把手打到“自動”模式，即電容隔直裝置可以通過裝置的控制器來實現(xiàn)自動功能。若工作需要，將控制器控制把手打到“手動”模式，則可以由運行人員對旁路機械開關(guān)K3手動進(jìn)行分合閘操作。

當(dāng)需要對電容隔直裝置進(jìn)行檢修或遇到緊急情況需要停運隔直裝置時，則應(yīng)先將電容隔直裝置切換到“接地狀態(tài)”，然后再將變壓器中性點接地刀閘K1合上，最后才能將變壓器中性點隔直裝置投切開關(guān)K2拉開，使得電容隔直裝置退出運行。

4 總結(jié)

500kV變電站作為“西電東送”的主要通道之一，會受到高壓直流輸電系統(tǒng)一定程度的影響，變壓器直流偏磁問題相對突出。通過在500kV變電站安裝電容隔直裝置，可以將流過變壓器中性線中的直流分量進(jìn)行抑制，乃至徹底“隔絕”，真正做到降低變壓器受到直流偏磁的影響，降低變壓器的損耗，以及諧波和其他不良因素的影響，對維護(hù)500kV變電站內(nèi)變壓器的正常運行具有重要作用?，F(xiàn)如今，在電容隔直裝置的實際應(yīng)用中，電容隔直裝置均正確動作，對維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定運行起到了重要作用。

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