浅析500kV变电站电容隔直装置的应用

郑雄风

DOI：10.19392/j.cnki.16717341.201714182

摘要：在西电东送战略中，由于高压直流输电的诸多优点而被大量应用。而当高压直流输电系统处于大地回流运行方式时，附近的变压器会产生严重的直流偏磁问题。为了抑制变压器中性点的直流分量，目前在南方电网为500kV变压器中性点安裝电容隔直装置已经成为维护电网稳定运行的重要措施。本文对变压器直流偏磁问题进行了阐述，重点分析了电容隔直装置的运行原理，简要介绍了电容隔直装置的基本应用。

关键词：直流偏磁；中性点；电容；隔直状态；接地状态

高压直流输电在远距离进行大容量电能的输电过程中，具有更好的经济性，在我国“西电东送”的战略中，大量采用的高压直流输送方式。但随着直流输电通道的持续增加，直流系统采用的大地回流方式会导致附近变压器中性点直流分量增大，产生严重的直流偏磁问题，对电力系统的正常安全稳定运行造成了不利影响。为此，必须采取抑制变压器中性点直流分量的措施。本文大致介绍了变压器直流偏磁的概念，并分析了电容隔直装置的基本原理及其应用，为电容隔直装置在500kV变电站中的应用提供了一些参考。

1 变压器的直流偏磁

高压直流输电系统一般采用双极运行方式，而在这个系统的建设初期，往往建完其中一极之后就立刻投入运行，以提高经济效益。在这种运行方式下，通常是以大地作为回流电路，即用大地作为直流输电的第二根导线。此时大地中会流过几千安以上的电流，该电流会通过变压器的接地中性点进入交流电网，导致变压器的励磁电流中增加了直流分量。该直流分量会导致变压器的铁芯高度饱和，由此引发变压器局部过热、噪音增大、产生大量谐波。一方面铁芯磁致伸缩加重使得变压器振动更为严重，缩短变压器的寿命；另一方面增加的谐波可能会导致变压器的无功消耗增加，长时间过热还会破坏绝缘，以及导致继电保护装置误动。

2 电容隔直装置的原理

电容隔直装置的原理图如图所示，主要由电容器C、机械开关K3、晶闸管及其触发电路、电流互感器、電压互感器、变压器中性点隔直装置投切开关K2等组成，这些设备被集成安装在户外箱体内，箱体又放置在变压器旁。

其基本原理是：利用电容器“隔直流，通交流” 的特点，将电容器C串在变压器中性线中，并在电容器C两端并联机械开关K3和晶闸管THY1、THY2作为旁路装置。该装置具有两种运行状态：第一种是将旁路开关合上，令装置处于“接地状态”；第二种是将旁路开关断开，令装置处于“隔直状态”。当电网运行状态正常时，旁路装置的机械开关K3处于合位，电容隔直装置运行在”接地状态”。当检测到变压器中性线流过的直流电流分量大于设定的整定值并超过延时时间，则电容隔直装置自动切换到“隔直状态”，即分开旁路装置的机械开关K3。当隔直装置运行在“隔直状态”时，若检测到电容器C两端电压的直流分量小于整定值并超过延迟时间后，隔直装置的控制器则判断变压器所处区域的直流地表电位已经恢复到正常状态，则将隔直装置自动切换回“接地状态”。

在特殊情况下，当隔直装置运行在”隔直状态”中，检测到变压器中性线流过的交流分量超过整定值时，控制器判断变压器所在的电网发生了故障，则需立即触发晶闸管THY1、THY2导通旁路，并合上旁路机械开关K3，使隔直装置切换到“接地状态”，以确保变压器中性点能够直接接地。一方面对故障状态的电网限压和分流，避免变压器中性点发生暂态过电压；另一方面也避免串联在中性线中的电容器C长时间流过大电流而损坏，起到了保护电容器C的目的。

再来说说并联晶闸管THY1、THY2以及电抗器L所发挥的功能，反向并联晶闸管THY1、THY2以及电抗器L所发挥的功能是：由于机械开关接通速度相对晶闸管导通速度较慢，在旁路机械开关K3合闸前，晶闸管能够提前导通，使得电容器C的电量能够及时释放，以降低旁路开关K3合闸时的冲击电流，起到快速保护电容器的作用。当电网故障排除后恢复到正常状态后，隔直装置便自动切换回“隔直状态”继续运行。

3 电容隔直装置的应用

当电网正常运行时，投入电容隔直装置，即将变压器中性点接地刀闸K1拉开，将变压器中性点隔直装置投切开关K2合上，并将隔直装置控制器控制把手打到“自动”模式，即电容隔直装置可以通过装置的控制器来实现自动功能。若工作需要，将控制器控制把手打到“手动”模式，则可以由运行人员对旁路机械开关K3手动进行分合闸操作。

当需要对电容隔直装置进行检修或遇到紧急情况需要停运隔直装置时，则应先将电容隔直装置切换到“接地状态”，然后再将变压器中性点接地刀闸K1合上，最后才能将变压器中性点隔直装置投切开关K2拉开，使得电容隔直装置退出运行。

4 总结

500kV变电站作为“西电东送”的主要通道之一，会受到高压直流输电系统一定程度的影响，变压器直流偏磁问题相对突出。通过在500kV变电站安装电容隔直装置，可以将流过变压器中性线中的直流分量进行抑制，乃至彻底“隔绝”，真正做到降低变压器受到直流偏磁的影响，降低变压器的损耗，以及谐波和其他不良因素的影响，对维护500kV变电站内变压器的正常运行具有重要作用。现如今，在电容隔直装置的实际应用中，电容隔直装置均正确动作，对维护电网的稳定运行起到了重要作用。

参考文献：

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