浅谈变压器直流偏磁现象及电容隔直原理

2018-06-28吴建洪

机电信息 2018年18期

杨猛胡谆吴建洪

（杭州意能电力技术有限公司，浙江杭州310014）

0 引言

伴随着我国大规模交直流混联电网的迅速发展，直流输电工程在调试或故障情况下单极大地回线运行时有发生。直流输电线路在单极大地回线运行方式下，直流电流经直流系统接地极流入大地，同时在接地极附近形成不等电位。

不同发电厂（变电站）由于相对于接地极地理位置不同，其电位也不一样，由于电位差的存在，直流电流经中性点接地变压器流入变压器绕组，从而引起变压器直流偏磁现象。变压器在直流偏磁下，直流与交流磁通相叠加，铁芯饱和程度在与直流偏磁方向一致的半个周波增加，在另外半个周波减小，对应的励磁电流波形呈现正负半波不对称形状。

变压器直流偏磁的主要危害有变压器噪声和振动加剧、变压器无功损耗增加、系统电压波形畸变、产生大量高次谐波、继电保护误动等。

目前，国内抑制直流偏磁的方法主要有电容隔直法、小电阻限流法、中性点注入反向电流法、电位补偿法。小电阻限流法只能减弱变压器中性点直流电流且灵活性较差。注入反向电流法直流利用率低且会对相邻变压器造成直流污染，加剧直流偏磁程度，同时需另建直流接地极，投资较大。电容隔直法采用无源装置，安全性较高，隔直效率高，对系统继电保护影响很小，运行维护方便。综合比较，本文所述电厂采用电容隔直装置。

1 电容隔直装置结构

电容隔直装置由三个部分构成。

第一部分是户内隔离刀闸，本装置采用电动双刀切换隔离刀，用于切换隔直装置的投入与退出。

第二部分是串联接入变压器中性点的隔直装置本体，包括电容器、整流二极管、晶闸管、限流电感、限流电阻、快速转换开关等一次设备及二次控制单元。

第三部分是就地监控终端，供运维人员监测装置的运行状态，包括开关量、模拟量及保护定值的设置。

装置原理接线图如图1所示。

2 电容隔直装置工作原理

2.1 电容隔直装置运行方式

电容隔直装置通过投入刀闸（GZ12）和接地刀闸（GZ11）的切换实现投退的灵活转换。GZ11断开、GZ12闭合为隔直装置投入运行，反之为退出运行。为保证变压器中性点可靠接地，电动双刀切换隔离刀为双刀互锁隔离刀，GZ11和GZ12不能同时处于分断状态。另外，利用与电容器并联的转换开关实现直接接地运行状态和电容接地运行状态的转换。

图1 装置原理图

运行方式接线图如图2所示。

图2 电容隔直装置运行方式

2.2 电容隔直装置控制策略

隔直装置有两种运行模式：自动运行模式和手动运行模式。

正常运行方式下，电容隔直装置快速转换开关处于合闸状态，隔直电容被短接，变压器中性点为直接接地运行状态。通过检测变压器中性点直流电流和系统故障情况，按照预设策略控制电容隔直装置转换开关的分、合闸。

2.2.1 隔直装置直接接地运行状态

在直接接地运行状态下，当检测到变压器中性点直流电流超过设定限值且时间达到时限时，在自动模式下，装置自动进入电容接地运行状态；在手动运行模式下，装置发出告警信号（直流电流越限告警），等待运行人员通过远程终端手动进入电容接地运行状态。

2.2.2 隔直装置电容接地运行状态

在电容接地运行状态下，考虑到交流系统故障时中性点会出现过电压和过电流的情况，为避免电容器被击穿从而影响继电保护无法正确动作，有如下3种控制策略：

策略1：交流系统无故障时，监视中性点电容器两端电压，当直流电压低于设定限值并达到动作时间时，在自动模式下，装置自动进入直接接地运行状态；在手动模式下，发出直接接地安全提示信号，等待运行人员手动通过远程终端操作进入直接接地运行状态。

策略2：交流系统故障时，监视中性点电容器两端电压，当电压超过触发电压限值时，过电压触发元件瞬时动作，快速进入直接接地运行状态。

策略3：交流系统故障时，监视中性点交流电流，当电流超过触发电流限值时，过电流触发元件瞬时动作，快速进入直接接地运行状态。

策略2、3是针对交流系统发生不对称接地短路故障的情况，二者取“或”。因为快速转换开关动作时间比晶闸管导通要慢，所以当中性点出现过电压或过电流时，晶闸管会迅速导通对电容器形成旁路，故障电流会先通过晶闸管流向大地，达到快速保护电容器的目的。同时启动相应的过电压或过电流触发元件，向快速旁路开关发出合闸指令，当快速旁路开关合上后，对电容器形成机械旁路，故障电流转移到快速旁路开关，同时关断晶闸管。

另外，若触发元件故障或快速转换开关拒动，可通过与电容器并联的放电间隙保护电容器。