直流输电地中电流对电网设备影响的分析与处理分析

李星辰 廖毅

摘 要：直流电流在用电历史中最先受到使用，也广泛应用于远距离输电等许多用途中。但直流输电运行在单极大地回线方式或双极不对称方式时容易产生地中直流电流对交流电网设备产生的影响，本文通过对直流输电对交流电网设备的影响进行探究，例如直流偏磁产生的变压器振动、噪声、升温等，也容易引起交流电地网的腐蚀。提出解决直流输电影响交流电网设备的方法，如反向接入电流法、串联电阻法、串接电容法三种抑制方法。

关键词：直流输电；电流；交流电网设备

直流输电主要是将发电厂发出的交流电，通过整流器变换为直流电输送至受电端，再通过使用逆变器将直流电换成交流电输送至交流电网的一种输电方式。直流输电与交流输电相比亦有许多优点，包括：成本低、线路搭杆所需人力物力少，搭杆方便快捷、输电功率小、能量损耗小、电压分布平稳、可在不同频率或相同频率交流电压间实现非同步联系、输送过程中受通信干扰较小、功率与电流调节容易、输送距离与输送功率不受电力系统同步稳定性限制等等。

一、直流输电对电网设备的影响

尽管直流输电的优点有许多，也应用于许多不同用途，但其影响也不容忽视。直流输电在输电系统中对交流电与交流电网都产生了不同程度的影响。由于接地变压器阻值小，且存在直流电势差，因此，直流电通过变压器时变压器会产生直流偏磁现象，造成交流电的各种影响与地网设备的影响。

1、直流偏磁导致变压器升温

通常而言，变压器对于自身温度具有一定限制，直流偏磁所导致的变压器绕组热点温度增加直接导致变压器的寿命减少，不仅造成一定经济损失，也造成用电设备更换时用电不方便。好在变压器通常是在低于额定负荷状态下运行，直流偏磁所造成的升温也不严重，没有影响到变压器的正常运行。但由于直流偏磁为变压器带来的升温影响不应就此被忽视，一旦直流偏磁现象超负荷，超出变压器额定负荷，依旧会带去不良后果与影响，因此，直流偏磁引起的变压器升温依旧需要得到控制与解决。

2、直流偏磁导致变压器噪声现象

直流偏磁导致的变压器非正常状态下产生噪声是对有安放变压器的周边居民的严重影响，由于直流偏磁的影响导致变压器硅钢片的尺寸受到改变，引起的磁致收缩。在直流偏磁影响下，钢片的振幅不断增大，发出的噪音也不断强烈。噪音的不断加强对于人体而言是有一定危害的，从更为严重的层面分析，不受控制的直流偏磁在对变压器的影响过程中不断增加振幅，会导致变压器的受损与周边居民的居住安全。

3、直流偏磁导致变压器振动现象

直流偏磁对变压器还会造成振动现象，由于偏磁影响，变压器在振动过程中内部零件可能产生松动，导致变压器的运行危害。变压器内部的任意损害都能导致变压器本身的运行产生问题，影响变压器正常使用。因此，直流输电对于变压器的影响巨大，即使只是导致变压器内部零件的松动，也会直接影响整个变压器的正常使用。

二、抑制直流输电对交流设备的影响措施

1、反向注入电流法

为了减少直流偏磁对变压器造成的损伤，通过在变压器中性点上串联一个直流电压源的方式，提供反向直流电源。这种串联一个直流电压源的方式可以帮助保护变压器，其优点在于可以针对不同的直流电压值合理的设置电压源，在超出电压源设置范围时提供反向电流，且操作方便亦十分灵活，在保护变压器方面不受较多限制。但串联直流电压源也存在一点的缺点，其设置并不能保证完全的抵消直流电流的流入，还是会存在部分电流对变压器造成的影响，且串联直流电压源需要外接地级，是独立的建造工程，且工程量大，耗费人力物力；再者，外接地级工程需要养护，此项养护的成本高，费用也较高，可能造成收益与支出不符现象。

2、串联电阻法

由于直流偏磁对变压器造成影响的原因一部分是直流电流大，因此，可以通过在中性点和地网间串联一个电阻，以电阻的作用消减直流电流。串联电阻的方法与原理都较为简单，相较其他方法而言，串联电阻的方式具有的经济效益较高。但其也同样存在缺陷，主要体现在一下几点：一是无法抵消全部直流电流从中性点流入，只能达到减少电流的目的；二是在地网中串联一个电阻对于电阻值的判断较难达到精度，地网中的自然条件因素如矿物质含量、水分含量、土壤条件等都会影响电阻值的计算，因此，串联电阻的阻值无法精确条件下可能导致电阻无法发挥实际效果；三是电阻阻值的计算受到变压器数量的影响，当更换变压器或加设变压器时，连接地网与中性点的电阻值就受到了改变，需要重新计算阻值，而变压器的更换，维修，加设都较常发生，电阻值的计算又都较为繁琐，因此，串联电阻的方法势必会受到许多阻碍与重复串联现象。

3、串接電容法

电容具有阻隔直流电，而交流电可以不受阻碍通过的作用，因此在地网与中性点间可以通过串联电容的方法达到减少直流电通过的作用，并且不影响交流电的正常通过。但电容器在极端天地情况如打雷时，或通过强力电流时容易产生暂态电压，会导致电容器的损坏，因此为了保护电容器的正常使用，一般选择在电容器两端通过再串联一个电流旁路装置进行电容器的保护，达到限制暂态电压的目的，这种保护装置可以减少电容器的损坏，且成本较低，避免经济损失，减少了大电容装置的安装空间，也保证变压器不受直流电的过度影响与变压器稳定使用。

目前使用得最多的抑制直流电流产生直流偏磁影响变压器的方法是电容法，因此，以下对电容法的使用进行具体解释说明。

通过电容器与保护装置的设计，对流过两容器两端的电流进行限定，在设定的允许范围下，流过低于设定的电压值与电流值时，保护装置是不产生反应与保护作用的，此时的电容器可以达到阻直通交的作用，而在电流值超过限定标准时，保护装置会立即进入运行模式，将不正常电流通过旁路引向大地，保证非正常电流不会通过电容器造成电容器的损坏。并且在保护装置运行的同时，内部预先设计的计时器同时进入计时模式，在设定的时间内计时结束后检测非正常电流的点流量是否已经减小，若已经达到标准，则保护装置结束运行，电容器正常运行，若未达到正常标准点流量，则进入再次计时，直至电流量减少至适宜启动电容器范围。以这种方式对电容器进行保护对于整个变压器装置而言是最为节省成本的，且不需要耗费人力物力新建工程，对于重复使用率而言也能够做到不需反复计算精确度等繁琐的事宜。因此，对于直流输电对用电设备的影响进行分析与预防措施的使用及判断后，选择串接电容法作为主要抑制手段最佳。

结束语

直流输电对于远距离输电而言好处颇多，但也应对其在输电过程中产生的不足进行预防与控制，防止直流输电过程产生的直流偏磁对变压器的影响，破坏用电设备的正常使用。对于抑制直流输电造成的影响的具体措施有反向注入电流法、串联电阻法、串接电容法三类，其中，对以上三种手段进行优缺点的分析，最终认为串接电容法是抑制直流输电对变压器造成影响最好的方式，并提出串接电容法的具体运行方式与技术手段，希望该技术能够为抑制直流输电产生的不良影响能够起到良好效果，并能够得到继续研究与深入创新。

参考文献：

[1]冯骏.复杂运行工况下变压器直流偏磁的抑制[J].电气应用，2018，37（06）：88-93.

作者简介：

李星辰（1985-），男，湖北潜江人。工程师，工程硕士，目前从事输电可靠性、技术标准等工作。

廖毅（1987-），男，湖南长沙人。工程师，工程硕士，目前从事直流输电运行维护工作。