浅谈变压器电容隔直装置的应用研究

浅谈变压器电容隔直装置的应用研究

易春回

桂林智源电力电子有限公司 广西桂林 541000

摘要：直流输电线路的大规模投入使用，使电网出现了交直共存的情况，而直流输电则会对交流变压器产生较大影响，干扰其正常工作。因此，本文就一特高压直流输电系统对某厂造成的影响进行了详细阐述，并描述安装隔直装置后的具体效果和遇到的问题，希望能为有关人士提供参考和借鉴。

关键词：变压器；电容隔直装置；参数设定

前言

为了解决我国电力紧缺的问题，我国提出了有关电力发展的战略目标，而直流输电则在这期间充当着重要的角色。相较于交流输电，直流输电的输送容量更大、输送距离更远，而且并网更加容易。但是特高压直流输电产生的电位差会引起变压器直流偏磁，严重影响变压器的工作。

某电厂距离一段特高压直流输电线路的终点站较近，考虑到直流输电线路对变压器主设备的危害，该厂于直流输电工程调试期间，在输电线路双极、单极和不同输送功率的运行方式下，对厂内的4台500kV主变压器进行监测，监测参数包括噪音、振动、直流电流等，实测显示偏磁电流已超12A的限制要求。

1 变压器电容隔直装置构成和基本原理

1.1 电容隔直装置的构成

为了避免特高压直流输电的时候导致变压器出现直流偏磁现象，对变压器造成严重影响，该厂在4台主变和1台备变的中性点各安装了1套变压器隔直装置，下图为变压器隔直装置原理图。

图1 变压器隔直装置原理图

从上图可以看出，变压器电容隔直装置位于地面与变压器中性点中间，本身由晶闸管SCR、电容器以及机械旁路开关K3并联组成。一般情况下，K3处于闭合状态，变压器中性点经其直接接地。当变压器中性点的直流电流超出上限值的时候，便会被隔直装置检测到，此时K3会自动断开，而电容器C则会阻隔直流电流。因为电容器工频阻抗足够小，所以交流系统依然能够实现有效接地，并且保证交流电流在变压器中的顺利流通。而当其中流通的交流电流超出限定值的时候，SCR则会被快速导通，K3进入闭合状态，及时保护电容器C，并确保变压器中性点能够顺利接地。

1.2 电容隔直装置的基本原理

电容隔直装置的基本原理是通过控制旁路开关K3的闭合和断开，来控制电容器C的投入和切除，最终实现对直流电流的抑制作用。

正常情况下，接地刀K1处于断开状态，而投切刀闸K2与机械旁路开关K3则处于闭合状态，电容器处于短接状态，这时，装置处于“直接接地状态”。

当变压器中性点中流通的直流电流超出上限值的时候隔直装置便会检测到，装置进入“隔直工作状态”，K3会被自动断开，电容器C投入阻隔直流电流，这里使用的是电容器“隔直（流）通交（流）”的特点。

而当装置进入“隔直工作状态”的时候，假如变压器中性点的交流分量超出限定值，装置将会导通SCR，同时闭合K3。因为SCR导通的速度要比K3闭合速度块，因此故障电流能够快速被导入地面，从而快速保护电容器。而在K3闭合以后，故障电流则会经由机械旁路开关流向地面，SCR也会关断，装置回归“直接接地状态”。

2 参数设定与控制模式

2.1 控制参数设定

变压器电容隔直装置的各项控制参数都需要利用监控装置来进行设定，包括投入和退出时的时间限值、电流分量限值等。参数本身可以参考计算机模拟运算的结果，或者组织多场直流测试，参考最后的结果来进行设定。除此之外，也可以通过隔直装置试运行来确定参数，进而对变压器进行保护。

2.2 控制模式

隔直装置分为“就地/远方”与“手动/自动”这几种控制模式，可以根据实际工作需要来选择。在没有特殊情况的时候都会选择自动控制模式。

(1)选择“自动”控制模式的时候，旁路开关K3“合上”、“断开”位置的切换完全由数字控制器自动完成。

(2)选择“手动”控制模式的时候，想要控制K3的状态，还需要根据实际选择的模式：在“就地”模式下，需要利用控制面板；在“远方”模式下，则需要来利用后台机来进行操作。

3 运行效果

3.1 外部特高压直流系统造成的影响

该厂的变压器隔直装置投入运行以后，有关工作人员便会定期对其各项数据进行记录，验证了变压器隔直装置的效果。当直流电流超过5A的时候，K3会在一段时间后断开，隔直装置投入运行。等到直流电流消失以及电容器的电压降低的时候，K3便会合上，装置退出运行。详细情况见下表。

表1 隔直装置动作行为记录表

3.2 厂内设备投运造成的影响

在该厂变压器隔直装置投入使用后，出现过一起故障：该厂1号主变空载合闸的时候，2号主变中性点隔直装置进行相应动作，而3号主变中性点隔直装置没有进行任何动作。

有关人员对2号主变隔直装置进行了检查，发现变压器中性点直流电流超出设定值，机械旁路开关分闸。而随后对3号主变的隔直装置进行了检查，发现该主变隔直装置并未进行任何保护动作。

再对2号主变进行检查，发现在故障发生的时刻，2号主变中性点处的交流电流与直流电流都出现了大幅度提升的现象，前者提升了18A，升至25A，后者从0A升至13A，同时隔直装置开始工作，机械旁路开关断开。由于隔直装置设定直流电源的上限为5A，所以2号主变的隔直装置动作符合规定，并无异常。

检查3号主变，发现在1号主变合闸冲击的时候，3号主变中性点电流变化不大，而且直流电流未超出隔直装置设定值，因此3号主变的隔直装置动作正确，并未存在异常。

对比检查结果，发现2号主变中性点电流突变比3号主变中性点的电流突变要早1min左右，前者突升幅值要比后者的大。而2号主变的直流电流超出隔直装置设定值，机械旁路开关断开，3号主变突升幅值小，突升后电流并未超出隔直装置的设定值，因此3号主变隔直装置没有进行动作。

对当时的操作系统以及机器运行状况进行分析，推论1号主变空载合闸冲击，产生励磁涌流，导致接地网络中存在很大的直流分量以及非周期分量，所以邻近的2号主变产生了和应涌流，进而使得其中性点电流突升，隔直装置动作，断开机械旁路开关。隔直装置在变压器受到和应涌流的影响下，也能正确动作，防止变压器损坏。

4后期运行中遇到的问题

4.1 第一次故障

工作人员在隔直装置的监控画面上发现“高备变隔直装置旁路开关K3”和“高备变隔直装置中性点隔直闸刀K2”都显示为断开状态，而实际情况是：二者都为闭合状态，与实际情况不符。因此，对K2以及K3的节点进行了检查，发现无论是常开接点或者常闭接点都无故障，因此经由初步分析得出：隔直装置的开入模块出现了故障。

检查开关位置接点的时候，发现该电缆存在感应交流电压。解开X2:5、6、7、8对电压进行测量，测得“X2:6对地47.5V，X2:7对地33.06V，X2:8对地24.12V”。旁路开关K3、变压器接地闸刀K1的接点反馈电缆也都存在30V左右的感应电压。检查发现这些电缆屏蔽屏的接地状况良好，而且电缆芯绝缘正常，对地绝缘值都在20MΩ左右。而感应电压产生的原因应该是电缆的屏蔽效果不佳，使得开入板件产生了损坏。

随后更换开入模块，后续检查显示开关于刀闸的状态均正常。而为了消除感应电压，往DI1到DI6的每个开入端子上都额外添加一个接地的电容。

4.2 第二次故障

再次发生高备变隔直装置控制器DI卡受损坏情况，就地查看隔直装置开入量监视，发现所有开入量均为“OFF”状态。

经过检查发现DI5上的电容器产生了损坏，导致产生感应电压，进而使得开入板件故障。因此有关工作人员修改了信号回路，在每个开入回路中增加了中间继电器，再通过继电器接点将信号送入开入模块。后续运行中开入板件未发生一次故障，表明已经彻底消除感应电压的影响。

结语

综上所述，在对该厂应用变压器电容隔直装置的情况进行研究可知，变压器隔直装置能够很好地解决特高压直流输电对变压器的影响，对变压器起到了良好的保护作用。

参考文献

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