基于抑制變壓器中性點(diǎn)直流電流的措施研究

邵云昶

【摘 要】大部分高壓直流系統(tǒng)電力傳輸形成的回路中，會把大地作為主要的導(dǎo)體，受這一方式影響，部分電流會流經(jīng)電壓器的中性點(diǎn)，形成勵磁電流，這會影響變壓器的穩(wěn)定，嚴(yán)重時可能會讓其出現(xiàn)損壞。基于此，應(yīng)用恰當(dāng)?shù)姆绞筋A(yù)防這一情況，控制其對變壓器的影響。

【關(guān)鍵詞】變壓器；中性點(diǎn)直流電流；電容隔離裝置

0 引言

高壓外輸電系統(tǒng)以大地為媒介進(jìn)行回流后，可能出現(xiàn)單極或雙極不協(xié)調(diào)的情況，電流輸出受此影響，將出現(xiàn)直流偏磁，然后出現(xiàn)諧波、震動、讓變壓器升溫等，如果出現(xiàn)嚴(yán)重的情況，變壓器的正常運(yùn)行會受到影響，使保護(hù)裝置做出錯誤的行為。

1 主變壓器中性點(diǎn)直流電形成的原因與影響

如果主變壓器處于雙極不平衡的狀態(tài)，并用單極的方式形成電回路，部分直流會直接流入土地，各個電路連接后，會形成大范圍的電流磁場，這個磁場中，部分交流電站與直流電站的點(diǎn)重合，所以交流電的接地網(wǎng)會形成電磁差，如果差距越來越大，直流、交流的電勢差也隨之?dāng)U大，并把中性點(diǎn)、交流線等位置連接，形成回路。又因?yàn)榫€路主要變壓器的中性點(diǎn)就在這個線路內(nèi)，所以直流電從回路流回后，必然會進(jìn)入變壓器。即某市變電站的線路電壓是220kV，它在站內(nèi)所有中性點(diǎn)上都安裝了直流互感器，該設(shè)備的作用是，監(jiān)測線路中是否有直流電，經(jīng)過實(shí)際檢測后，發(fā)現(xiàn)線路中的直流電為80A，超過額定標(biāo)準(zhǔn)。故這個問題的出現(xiàn)， 會直接影響電流的穩(wěn)定，變壓器無法正常運(yùn)行[1]。

變壓器受到危害后，可能出現(xiàn)的結(jié)果是：變壓器有較大的噪聲，出現(xiàn)大的振動，變壓器因受直流電影響，勵磁電流改變，讓電流輸送中出現(xiàn)了諧波電流，讓變壓器內(nèi)部的零件伸縮，引起振動，振動一段時間后，可能會讓設(shè)備內(nèi)其他元件的固定松動，引發(fā)脫落；增加了變壓器的損耗，隨著勵磁電流的增加，變壓器需要更多的銅耗，同時也增加了設(shè)備的透磁量，形成渦流損耗；無功功率損耗增加，當(dāng)勵磁電流之后，并在系統(tǒng)電流的90°后，會讓電路產(chǎn)生無功損耗，正常情況下?lián)p耗較小，但一旦直流電經(jīng)過中性點(diǎn)，無功功率產(chǎn)生的損耗就會增加。

2 抑制變壓器中性點(diǎn)直流電流的策略與措施

2.1 策略

為控制這一情況的出現(xiàn)，我們可以從兩點(diǎn)入手，第一點(diǎn)是主動處理，第二點(diǎn)是被動應(yīng)對。前者是改變電極的位置，并變更變電站的選擇的地址，或是把某個電極放到數(shù)個直流系統(tǒng)內(nèi)，優(yōu)化變壓器的性能，這些是可選擇的主動措施。但其實(shí)際情況是，交流電電流的負(fù)荷并不穩(wěn)定，與直流電的電極不易接觸，同時，大多數(shù)廠家都無法生產(chǎn)出高強(qiáng)度的直流電，故這些方式還停留在理論層面上，尚無法在實(shí)際處理中使用。后者是被動策略，即控制電勢差，以及流經(jīng)主變壓器電流的大小，這一方式使用的環(huán)境在線路中加入反向的直流電，用直流電的運(yùn)行調(diào)整直流、交流電站接地網(wǎng)的電勢差，減小電流；控制直流電輸出的電流，進(jìn)行中性點(diǎn)的阻隔，這個方法已經(jīng)在我國某些省份使用，它的處理方式是，介于中性點(diǎn)和接地網(wǎng)的中間，放入電容器，電容器的作用是流通交流電，阻止直流電的流通，借助電容器的使用，直流電基本不會進(jìn)入電容器；把容量過大的直流電拆分，控制電流分流的大小，控制影響。它的操作是減小接地線的電阻，把部分直流從地線流出，這讓流出的直流電明顯減少，又因?yàn)橹绷麟娺M(jìn)入變壓器的路徑是相線，所以，控制直流電阻的大小，可減少部分電流量，把流量分散[2]。

2.2 措施

2.2.1 安裝電容隔離裝置

這個裝置是用并聯(lián)的方式連接，依次是電容器、機(jī)械旁路的開關(guān)與快速旁路形成的回路，具體安裝的位置是中性點(diǎn)、大地的中間。其電路的設(shè)計(jì)方式是：在整個線路的外部，設(shè)有負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程監(jiān)控的計(jì)算機(jī)，它從數(shù)字控制器得到數(shù)據(jù)，而兩者的連接方式是光纜，數(shù)字控制器與其他設(shè)備的連接有旁路開關(guān)、晶閘管等，這些設(shè)備均由數(shù)字控制器控制，如果線路中旁路開關(guān)、晶閘管同時閉合，隔絕設(shè)備直接接地，隔絕直流電。此時，隔離裝置可以正常使用，而流入中性點(diǎn)的直流電也在限定的電流內(nèi)，所有裝置均處于工作狀態(tài)，但如果旁路開關(guān)并未打開，電容器直接和中性點(diǎn)相連，這會讓直流電直接流入電容器，不會經(jīng)過中性點(diǎn)，此時裝置正阻隔直流電。其從接地變?yōu)橹绷麟姷臓顟B(tài)是，中性點(diǎn)的直流超過既定標(biāo)準(zhǔn)，電流增加。

該裝置除可以隔斷電流外，也可以監(jiān)控電流的變化，即站內(nèi)會用計(jì)算機(jī)隨時監(jiān)測裝置每個部位零件的運(yùn)行情況，并把它們的運(yùn)行狀態(tài)顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上，標(biāo)出直流電的強(qiáng)度。如果安裝電容器后，中性點(diǎn)依然發(fā)生故障，就會有較大直流電的輸出，形成較大伏值的電壓，讓電容器兩側(cè)的電壓超出范圍，此時，可用電流旁路保護(hù)電容，以控制電壓的大小。如此，避免了大容量電容器的使用，縮小了裝置占據(jù)的空間，控制成本的投入與使用，而這也可以保證中性點(diǎn)絕緣結(jié)構(gòu)的完好，預(yù)防絕緣結(jié)構(gòu)被破壞引發(fā)電流外泄，為變壓器的運(yùn)行營造一個安全的環(huán)境。這個方法的優(yōu)勢是，實(shí)現(xiàn)無源連接，有較高的安全性，可以達(dá)到良好的隔直效果，不會對系統(tǒng)造成較大的影響，便于日常維護(hù)[3]。

2.2.2 反方向注入電流法

用這一方法處理，是在變壓器的運(yùn)行中向相反的方向輸入直流電，借助兩個方向直流電的輸出，全部抵消或是削弱直流電輸出后形成的電流偏磁。反向電流所在的位置是站內(nèi)的接地網(wǎng)，以及距離變電站較遠(yuǎn)的接地極內(nèi)，作用是測定經(jīng)過中性點(diǎn)的直流電數(shù)值，與它流動的方向。其裝置具體的連接方式是，連接變電站接地網(wǎng)與補(bǔ)償接地極，連接的線路中會安裝限流電抗器與直流發(fā)生裝置，隨后這條線路與變壓器連接，并用監(jiān)測裝置監(jiān)測直流電。經(jīng)過查閱相關(guān)資料，可得出，控制正向和反向直流電的流通，可消減經(jīng)過中性點(diǎn)的電流值，而裝置中電抗器發(fā)揮的作用是，縮小交流電網(wǎng)的電勢差，控制不對稱電流對中性點(diǎn)的影響，反向直流電輸出的源頭是補(bǔ)償接地極。同時，反向直流電輸出后，可把正向直流電的信息傳輸?shù)奖O(jiān)測裝置中，便利安裝、運(yùn)行。但其實(shí)際使用中需注意的是，交流電壓給直流電帶來的影響，直流電源應(yīng)采用的補(bǔ)償方式，這些問題的解決，能夠讓裝置的運(yùn)行取得良好的效果。

2.2.3 中性點(diǎn)串聯(lián)電阻

它的處理方式是，介于中性點(diǎn)和和入地之間，增加設(shè)定阻值的電阻，作用是讓某些中性點(diǎn)流經(jīng)的直流電變小，控制在額定范圍內(nèi)。其連接方式是，確定變電站A與B的位置，按照正負(fù)極的方向設(shè)置直流電形成的差位，并用并聯(lián)的方式連接大地的直流電阻，以及變壓器產(chǎn)生的電阻，兩站與大地的直流電阻連接的線路中，分別設(shè)有各自的接地電阻，但變電站A會額外設(shè)置一個中性點(diǎn)的串接電阻器。該連接方式實(shí)際運(yùn)行后，可用改變電阻的方式，讓直流電均衡分布在各個位置，既預(yù)防其超標(biāo)，也可以防止偏磁。所以串聯(lián)電阻的阻值偏低，但可以吸收流經(jīng)的電流和電阻，且中性點(diǎn)是否有良好的絕緣性，也得到了認(rèn)證。這個方式優(yōu)勢是，提升了系統(tǒng)的阻抗能力。

3 結(jié)語

抑制變壓器中性點(diǎn)的直流電流，需客觀分析形成直流勵磁的原因，了解它帶來的危害，并運(yùn)用安裝電容隔離裝置、反方向注入電流法等，解決這一問題。但不應(yīng)只局限這幾種方法，而是不斷研究，在原有方法的基礎(chǔ)上研究出新的方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王婷，張侃君，文博，陳堃. 大型變壓器中性點(diǎn)串接抑制直流電流電容后對繼電保護(hù)影響分析[J].中國電力，2017，50（07）：164-168+174.

[2]劉召，張輝，印永華，熊敏，張金平，王俊永.變壓器中性點(diǎn)直流電流抑制裝置的試驗(yàn)分析[J].智能電網(wǎng)，2015，3（07）：640-645.

[3]郝桂芹.直流偏磁變壓器消耗無功的計(jì)算[J].廣西電力，2013，36（03）：9-11+51.endprint