基于抑制变压器中性点直流电流的措施研究

邵云昶

【摘 要】大部分高压直流系统电力传输形成的回路中，会把大地作为主要的导体，受这一方式影响，部分电流会流经电压器的中性点，形成励磁电流，这会影响变压器的稳定，严重时可能会让其出现损坏。基于此，应用恰当的方式预防这一情况，控制其对变压器的影响。

【关键词】变压器；中性点直流电流；电容隔离装置

0 引言

高压外输电系统以大地为媒介进行回流后，可能出现单极或双极不协调的情况，电流输出受此影响，将出现直流偏磁，然后出现谐波、震动、让变压器升温等，如果出现严重的情况，变压器的正常运行会受到影响，使保护装置做出错误的行为。

1 主变压器中性点直流电形成的原因与影响

如果主变压器处于双极不平衡的状态，并用单极的方式形成电回路，部分直流会直接流入土地，各个电路连接后，会形成大范围的电流磁场，这个磁场中，部分交流电站与直流电站的点重合，所以交流电的接地网会形成电磁差，如果差距越来越大，直流、交流的电势差也随之扩大，并把中性点、交流线等位置连接，形成回路。又因为线路主要变压器的中性点就在这个线路内，所以直流电从回路流回后，必然会进入变压器。即某市变电站的线路电压是220kV，它在站内所有中性点上都安装了直流互感器，该设备的作用是，监测线路中是否有直流电，经过实际检测后，发现线路中的直流电为80A，超过额定标准。故这个问题的出现， 会直接影响电流的稳定，变压器无法正常运行[1]。

变压器受到危害后，可能出现的结果是：变压器有较大的噪声，出现大的振动，变压器因受直流电影响，励磁电流改变，让电流输送中出现了谐波电流，让变压器内部的零件伸缩，引起振动，振动一段时间后，可能会让设备内其他元件的固定松动，引发脱落；增加了变压器的损耗，随着励磁电流的增加，变压器需要更多的铜耗，同时也增加了设备的透磁量，形成渦流损耗；无功功率损耗增加，当励磁电流之后，并在系统电流的90°后，会让电路产生无功损耗，正常情况下损耗较小，但一旦直流电经过中性点，无功功率产生的损耗就会增加。

2 抑制变压器中性点直流电流的策略与措施

2.1 策略

为控制这一情况的出现，我们可以从两点入手，第一点是主动处理，第二点是被动应对。前者是改变电极的位置，并变更变电站的选择的地址，或是把某个电极放到数个直流系统内，优化变压器的性能，这些是可选择的主动措施。但其实际情况是，交流电电流的负荷并不稳定，与直流电的电极不易接触，同时，大多数厂家都无法生产出高强度的直流电，故这些方式还停留在理论层面上，尚无法在实际处理中使用。后者是被动策略，即控制电势差，以及流经主变压器电流的大小，这一方式使用的环境在线路中加入反向的直流电，用直流电的运行调整直流、交流电站接地网的电势差，减小电流；控制直流电输出的电流，进行中性点的阻隔，这个方法已经在我国某些省份使用，它的处理方式是，介于中性点和接地网的中间，放入电容器，电容器的作用是流通交流电，阻止直流电的流通，借助电容器的使用，直流电基本不会进入电容器；把容量过大的直流电拆分，控制电流分流的大小，控制影响。它的操作是减小接地线的电阻，把部分直流从地线流出，这让流出的直流电明显减少，又因为直流电进入变压器的路径是相线，所以，控制直流电阻的大小，可减少部分电流量，把流量分散[2]。

2.2 措施

2.2.1 安装电容隔离装置

这个装置是用并联的方式连接，依次是电容器、机械旁路的开关与快速旁路形成的回路，具体安装的位置是中性点、大地的中间。其电路的设计方式是：在整个线路的外部，设有负责远程监控的计算机，它从数字控制器得到数据，而两者的连接方式是光缆，数字控制器与其他设备的连接有旁路开关、晶闸管等，这些设备均由数字控制器控制，如果线路中旁路开关、晶闸管同时闭合，隔绝设备直接接地，隔绝直流电。此时，隔离装置可以正常使用，而流入中性点的直流电也在限定的电流内，所有装置均处于工作状态，但如果旁路开关并未打开，电容器直接和中性点相连，这会让直流电直接流入电容器，不会经过中性点，此时装置正阻隔直流电。其从接地变为直流电的状态是，中性点的直流超过既定标准，电流增加。

该装置除可以隔断电流外，也可以监控电流的变化，即站内会用计算机随时监测装置每个部位零件的运行情况，并把它们的运行状态显示在计算机的屏幕上，标出直流电的强度。如果安装电容器后，中性点依然发生故障，就会有较大直流电的输出，形成较大伏值的电压，让电容器两侧的电压超出范围，此时，可用电流旁路保护电容，以控制电压的大小。如此，避免了大容量电容器的使用，缩小了装置占据的空间，控制成本的投入与使用，而这也可以保证中性点绝缘结构的完好，预防绝缘结构被破坏引发电流外泄，为变压器的运行营造一个安全的环境。这个方法的优势是，实现无源连接，有较高的安全性，可以达到良好的隔直效果，不会对系统造成较大的影响，便于日常维护[3]。

2.2.2 反方向注入电流法

用这一方法处理，是在变压器的运行中向相反的方向输入直流电，借助两个方向直流电的输出，全部抵消或是削弱直流电输出后形成的电流偏磁。反向电流所在的位置是站内的接地网，以及距离变电站较远的接地极内，作用是测定经过中性点的直流电数值，与它流动的方向。其装置具体的连接方式是，连接变电站接地网与补偿接地极，连接的线路中会安装限流电抗器与直流发生装置，随后这条线路与变压器连接，并用监测装置监测直流电。经过查阅相关资料，可得出，控制正向和反向直流电的流通，可消减经过中性点的电流值，而装置中电抗器发挥的作用是，缩小交流电网的电势差，控制不对称电流对中性点的影响，反向直流电输出的源头是补偿接地极。同时，反向直流电输出后，可把正向直流电的信息传输到监测装置中，便利安装、运行。但其实际使用中需注意的是，交流电压给直流电带来的影响，直流电源应采用的补偿方式，这些问题的解决，能够让装置的运行取得良好的效果。

2.2.3 中性点串联电阻

它的处理方式是，介于中性点和和入地之间，增加设定阻值的电阻，作用是让某些中性点流经的直流电变小，控制在额定范围内。其连接方式是，确定变电站A与B的位置，按照正负极的方向设置直流电形成的差位，并用并联的方式连接大地的直流电阻，以及变压器产生的电阻，两站与大地的直流电阻连接的线路中，分别设有各自的接地电阻，但变电站A会额外设置一个中性点的串接电阻器。该连接方式实际运行后，可用改变电阻的方式，让直流电均衡分布在各个位置，既预防其超标，也可以防止偏磁。所以串联电阻的阻值偏低，但可以吸收流经的电流和电阻，且中性点是否有良好的绝缘性，也得到了认证。这个方式优势是，提升了系统的阻抗能力。

3 结语

抑制变压器中性点的直流电流，需客观分析形成直流励磁的原因，了解它带来的危害，并运用安装电容隔离装置、反方向注入电流法等，解决这一问题。但不应只局限这几种方法，而是不断研究，在原有方法的基础上研究出新的方法。

【参考文献】

[1]王婷，张侃君，文博，陈堃. 大型变压器中性点串接抑制直流电流电容后对继电保护影响分析[J].中国电力，2017，50（07）：164-168+174.

[2]刘召，张辉，印永华，熊敏，张金平，王俊永.变压器中性点直流电流抑制装置的试验分析[J].智能电网，2015，3（07）：640-645.

[3]郝桂芹.直流偏磁变压器消耗无功的计算[J].广西电力，2013，36（03）：9-11+51.endprint