神华惠州电厂主变直流偏磁隐患治理

2017-07-18袁孝敏

中国设备工程 2017年13期

关键词：中性点主变惠州

袁孝敏

（中广核核电运营有限公司培训中心,广东深圳 518214）

神华惠州电厂主变直流偏磁隐患治理

袁孝敏

（中广核核电运营有限公司培训中心,广东深圳 518214）

阐述了变压器直流偏磁现象产生的背景、原因及主要危害，分析了神华惠州电厂几起典型的主变压器直流偏磁事件，并介绍了该厂解决主变直流偏磁重大隐患的具体方案。

主变压器；直流偏磁；治理

由于高压直流输电具有运行电能损耗小，传输节能效果显著，调节速度快，运行可靠等优点，近年来高压直流输电技术在我国电网中的应用愈来愈广泛，截至目前经过广东电网的已投运直流输电通道已达五条。

在理想情况下，高压直流输电正负两极电流相等，大地中无电流。但当其中一极因故障或检修而停运时，为稳定系统，提高系统供电可靠性和可用率，一般采取单极大地回线运行方式，此时直流电流经直流接地极进入大地而形成回路。直流电流将会通过大地、交流输电线路，如果流过变压器绕组的直流电流较大，可能引起变压器铁芯饱和，使得励磁电流迅速增大，并发生畸变，会使变压器噪音频率发生变化，甚至可能会因某一频率与变压器结构部件发生共振使噪音急剧增大，振动加剧。此外，由于变压器励磁电流的大幅度增加，变压器的铜耗和铁耗也将急剧增加，引起变压器铁芯和连接件过热，严重时可导致变压器损坏。这种现象称之为变压器直流偏磁现象。神华惠州电厂两台热电联产机组总容量为660MW，地处广东惠州大亚湾海边，距离三广500kV直流输电线路（湖北三峡到广东惠州）终点换流站直线距离仅仅约40公里。自三广直流投运以来，该电厂多次发生主变压器噪声、振动增大事例，几乎都与附近高压直流输电线路故障运行有关。

表1 神华惠州电厂直流偏磁事件

1 直流偏磁事件分析

1.1 神华惠州电厂典型偏磁事件

仅2010年12月至2012年4月，该厂就发生五次直流偏磁事件（见表1），其中最严重的一次偏磁事件使得该厂主变压器中性点最大电流达19.2A，这些事件基本都由三广直流输电线路故障导致。

图1 主变中性点隔直装置基本原理图

1.2 主变中性点直流限值

神华惠州电厂主变压器为常州东芝变压器厂生产，该厂对其生产的变压器中性点直流电流限值有明确要求，该限值主要考虑直流偏磁引起的变压器金属结构件温升影响，如果直流偏磁产生的漏磁引起的拉板温升过高，即使短时内，也会引起与拉板接触的绝缘件加速裂解，并可能导致气体产生。根据该变压器厂的技术规定，神华惠州电厂主变允许流过的直流电流为8A。而实测数据显示历次偏磁事件中流经主变压器的直流电流均超出了允许值。

2 直流偏磁隐患的治理

2.1 治理方案的对比

随着高压直流输电线路的增加带来直流偏磁现象的日益突出，目前受影响的电厂或变电站也愈来愈多，尤其是广东沿海电厂。为了有效抑制直流偏磁现象，各受影响电厂均采取了一些措施来加以应对。据了解，当前抑制直流的方法大致有三种，分别是电容隔直法、反向注入电流法和小电阻限流法。实践证明，现在技术上相对比较成熟、治理效果比较好的是电容隔直法，该方法抑制直流偏磁原理简单，效果明显，并且对电厂及电网现有保护系统没有大的影响。

2.2 治理方案介绍

根据电网要求，神华惠州电厂两台主变采用单中性点接地运行方式，为节约改造治理的成本，该厂选择的改造方案是两台主变共用一台搁置装备，就是两台主变分别使用一个接地刀接地，并且通过隔直装置。当其中有一台主变接地刀断闸的时候，使另外一台主变通过电容接地。如此把接地刀实现简单的转换，变换两台主变接地方案进而使总体的工程造价降低。利用电容隔直流通交流的技术特点，电容隔直装置在变压器中性点联一个电容来完全抑制变压器中性点的直流电流，其原理图见图1。

此种装置的两种运行方式分别是中性点直接接地和中性点电容接地的运行方式。该装置需要在两种运行状态之间进行切换，利用与电容器并联的状态转换开关实现。

装置转换开关断开是隔直装置运行于中性点电容接地的时候，装置转换开关闭合则是隔直装置运行于中性点直接接地的时候，不同状态运行方式不同。装置在直接接地的运行状态时，为了监视变压器中性点直流电流的变化状况，装置的监控单元需要时时刻刻检测。如果检测出中性点流过的直流电流比装置设置的状态转换电流大，运行状态需要切换大电容接地，中性点直流通道被切断，这时的转换电流的电压与隔直电容两端产生的电压相对应为初始电压，中性点直流电流的直流电势就是此种电压形成的。

在电容接地运行状态下，电容两端电压由装置的测控单元和快速旁路启动单位同时监视。装置内部设置有两个电压门限，即安全返回直接接地运行的低电压门限VL和过电压保护返回直接接地运行的高电压门限VH ，当测控单元监测到电容两端电压低于VL时，装置认为中性点直流电流已对变压器构不成威胁，闭合状态转换开关，进入直接接地运行状态；当快速旁路启动单元监测到电容两端电压高于VH时，快速旁路系统启动，装置也会进入直接接地运行状态。

2.3 治理方案影响评估

结合此电厂的真实情况，并且利用解析分析和数值计算的方式，研究把电容接入后对相关变压器和输电线路继电保护的影响机理，实现对相关变压器的引出线和相邻电路的继电保护的整体评估，结论是在该厂主变中性点加装隔直装置不会对现有继电保护系统造成影响。

2.4 项目调试情况

隔直装置安装完毕后，装置各项常规检查，如绝缘性能检查、程序版本检查、电源检查、测量精度均正常，在此基础上又分别进行了过电压快速旁路试验、直接接地运行状态转电容接地运行状态、电容接地运行状态转直接接地运行状态、就地控制操作试验、直接接地至电容接地运行状态转换过程试验、传感器检测告警、实时检测告警、计数器功能测试等调试项目，试验结果均正常。