神華惠州電廠主變直流偏磁隱患治理

袁孝敏

（中廣核核電運營有限公司培訓(xùn)中心,廣東 深圳 518214）

神華惠州電廠主變直流偏磁隱患治理

袁孝敏

（中廣核核電運營有限公司培訓(xùn)中心,廣東 深圳 518214）

闡述了變壓器直流偏磁現(xiàn)象產(chǎn)生的背景、原因及主要危害，分析了神華惠州電廠幾起典型的主變壓器直流偏磁事件，并介紹了該廠解決主變直流偏磁重大隱患的具體方案。

主變壓器；直流偏磁；治理

由于高壓直流輸電具有運行電能損耗小，傳輸節(jié)能效果顯著，調(diào)節(jié)速度快，運行可靠等優(yōu)點，近年來高壓直流輸電技術(shù)在我國電網(wǎng)中的應(yīng)用愈來愈廣泛，截至目前經(jīng)過廣東電網(wǎng)的已投運直流輸電通道已達(dá)五條。

在理想情況下，高壓直流輸電正負(fù)兩極電流相等，大地中無電流。但當(dāng)其中一極因故障或檢修而停運時，為穩(wěn)定系統(tǒng)，提高系統(tǒng)供電可靠性和可用率，一般采取單極大地回線運行方式，此時直流電流經(jīng)直流接地極進(jìn)入大地而形成回路。直流電流將會通過大地、交流輸電線路，如果流過變壓器繞組的直流電流較大，可能引起變壓器鐵芯飽和，使得勵磁電流迅速增大，并發(fā)生畸變，會使變壓器噪音頻率發(fā)生變化，甚至可能會因某一頻率與變壓器結(jié)構(gòu)部件發(fā)生共振使噪音急劇增大，振動加劇。此外，由于變壓器勵磁電流的大幅度增加，變壓器的銅耗和鐵耗也將急劇增加，引起變壓器鐵芯和連接件過熱，嚴(yán)重時可導(dǎo)致變壓器損壞。這種現(xiàn)象稱之為變壓器直流偏磁現(xiàn)象。神華惠州電廠兩臺熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組總?cè)萘繛?60MW，地處廣東惠州大亞灣海邊，距離三廣500kV直流輸電線路（湖北三峽到廣東惠州）終點換流站直線距離僅僅約40公里。自三廣直流投運以來，該電廠多次發(fā)生主變壓器噪聲、振動增大事例，幾乎都與附近高壓直流輸電線路故障運行有關(guān)。

表1 神華惠州電廠直流偏磁事件

1 直流偏磁事件分析

1.1 神華惠州電廠典型偏磁事件

僅2010年12月至2012年4月，該廠就發(fā)生五次直流偏磁事件（見表1），其中最嚴(yán)重的一次偏磁事件使得該廠主變壓器中性點最大電流達(dá)19.2A，這些事件基本都由三廣直流輸電線路故障導(dǎo)致。

圖1 主變中性點隔直裝置基本原理圖

1.2 主變中性點直流限值

神華惠州電廠主變壓器為常州東芝變壓器廠生產(chǎn)，該廠對其生產(chǎn)的變壓器中性點直流電流限值有明確要求，該限值主要考慮直流偏磁引起的變壓器金屬結(jié)構(gòu)件溫升影響，如果直流偏磁產(chǎn)生的漏磁引起的拉板溫升過高，即使短時內(nèi)，也會引起與拉板接觸的絕緣件加速裂解，并可能導(dǎo)致氣體產(chǎn)生。根據(jù)該變壓器廠的技術(shù)規(guī)定，神華惠州電廠主變允許流過的直流電流為8A。而實測數(shù)據(jù)顯示歷次偏磁事件中流經(jīng)主變壓器的直流電流均超出了允許值。

2 直流偏磁隱患的治理

2.1 治理方案的對比

隨著高壓直流輸電線路的增加帶來直流偏磁現(xiàn)象的日益突出，目前受影響的電廠或變電站也愈來愈多，尤其是廣東沿海電廠。為了有效抑制直流偏磁現(xiàn)象，各受影響電廠均采取了一些措施來加以應(yīng)對。據(jù)了解，當(dāng)前抑制直流的方法大致有三種，分別是電容隔直法、反向注入電流法和小電阻限流法。實踐證明，現(xiàn)在技術(shù)上相對比較成熟、治理效果比較好的是電容隔直法，該方法抑制直流偏磁原理簡單，效果明顯，并且對電廠及電網(wǎng)現(xiàn)有保護(hù)系統(tǒng)沒有大的影響。

2.2 治理方案介紹

根據(jù)電網(wǎng)要求，神華惠州電廠兩臺主變采用單中性點接地運行方式，為節(jié)約改造治理的成本，該廠選擇的改造方案是兩臺主變共用一臺擱置裝備，就是兩臺主變分別使用一個接地刀接地，并且通過隔直裝置。當(dāng)其中有一臺主變接地刀斷閘的時候，使另外一臺主變通過電容接地。如此把接地刀實現(xiàn)簡單的轉(zhuǎn)換，變換兩臺主變接地方案進(jìn)而使總體的工程造價降低。利用電容隔直流通交流的技術(shù)特點，電容隔直裝置在變壓器中性點聯(lián)一個電容來完全抑制變壓器中性點的直流電流，其原理圖見圖1。

此種裝置的兩種運行方式分別是中性點直接接地和中性點電容接地的運行方式。該裝置需要在兩種運行狀態(tài)之間進(jìn)行切換，利用與電容器并聯(lián)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)。

裝置轉(zhuǎn)換開關(guān)斷開是隔直裝置運行于中性點電容接地的時候，裝置轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合則是隔直裝置運行于中性點直接接地的時候，不同狀態(tài)運行方式不同。裝置在直接接地的運行狀態(tài)時，為了監(jiān)視變壓器中性點直流電流的變化狀況，裝置的監(jiān)控單元需要時時刻刻檢測。如果檢測出中性點流過的直流電流比裝置設(shè)置的狀態(tài)轉(zhuǎn)換電流大，運行狀態(tài)需要切換大電容接地，中性點直流通道被切斷，這時的轉(zhuǎn)換電流的電壓與隔直電容兩端產(chǎn)生的電壓相對應(yīng)為初始電壓，中性點直流電流的直流電勢就是此種電壓形成的。

在電容接地運行狀態(tài)下，電容兩端電壓由裝置的測控單元和快速旁路啟動單位同時監(jiān)視。裝置內(nèi)部設(shè)置有兩個電壓門限，即安全返回直接接地運行的低電壓門限VL和過電壓保護(hù)返回直接接地運行的高電壓門限VH ，當(dāng)測控單元監(jiān)測到電容兩端電壓低于VL時，裝置認(rèn)為中性點直流電流已對變壓器構(gòu)不成威脅，閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，進(jìn)入直接接地運行狀態(tài)；當(dāng)快速旁路啟動單元監(jiān)測到電容兩端電壓高于VH時，快速旁路系統(tǒng)啟動，裝置也會進(jìn)入直接接地運行狀態(tài)。

2.3 治理方案影響評估

結(jié)合此電廠的真實情況，并且利用解析分析和數(shù)值計算的方式，研究把電容接入后對相關(guān)變壓器和輸電線路繼電保護(hù)的影響機(jī)理，實現(xiàn)對相關(guān)變壓器的引出線和相鄰電路的繼電保護(hù)的整體評估，結(jié)論是在該廠主變中性點加裝隔直裝置不會對現(xiàn)有繼電保護(hù)系統(tǒng)造成影響。

2.4 項目調(diào)試情況

隔直裝置安裝完畢后，裝置各項常規(guī)檢查，如絕緣性能檢查、程序版本檢查、電源檢查、測量精度均正常，在此基礎(chǔ)上又分別進(jìn)行了過電壓快速旁路試驗、直接接地運行狀態(tài)轉(zhuǎn)電容接地運行狀態(tài)、電容接地運行狀態(tài)轉(zhuǎn)直接接地運行狀態(tài)、就地控制操作試驗、直接接地至電容接地運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程試驗、傳感器檢測告警、實時檢測告警、計數(shù)器功能測試等調(diào)試項目，試驗結(jié)果均正常。

3 結(jié)語

自實施主變中性點加裝隔直裝置的技術(shù)改造項目以來，神華惠州電廠也發(fā)生幾起因三廣直流輸電線路故障引發(fā)的直流偏磁事件，但每次該隔直裝置都能正常運作，避免了直流偏磁給主變帶來的沖擊。證明通過實施主變中性點加裝直流隔直裝置的改造項目，比較好的解決了該廠主變直流偏磁隱患。

[1]常州東芝變壓器廠，關(guān)于國華惠州電廠主變直流偏磁的回復(fù).常州，2011.

[2]廣東省電力調(diào)度中心，霞涌電廠主變中性點增加電容隔直裝置對保護(hù)影響的研究報告.廣州，2012.

TM711

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