500kV变压器电容隔直装置存在的问题分析及改进

500kV变压器电容隔直装置存在的问题分析及改进

孙红霞

国网山西省电力公司超高压变电分公司   山西太原  030000

摘要:随着用电需求量的增长，电网结构不断加强，直流输电系统由于其较交流输电具有更高的稳定性，同等容量投资省、占地少等优点，在电网中得到越来越广泛的应用。随着直流输电通道不断增加，当直流输电系统以大地回流方式(包括单极大地回线方式及双极不平衡方式)运行时，将会导致电网内其线行或接地极附近的变电站主变压器中性点直流电流过大，使变压器发生直流偏磁，导致谐波，噪声、过热等问题的发生，更有甚者会烧坏变压器。因此，必须对主变压器中性点直流电流采取必要的抑制措施。

关键词：变压器；中性点隔直装置；运行；维护

引言

直流输电系统具有输电损耗低、稳定性强、投资少、占地省等诸多方面的优点，在电网中得到日趋广泛的应用[1]。但当直流输电系统以大地回流方式运行时，将会导致电网内距离直流换流站较近的交流变电站变压器压器中性点直流电流过大，使交流变压器发生直流偏磁，导致系统谐波、运行噪声、线圈过热等问题的出现，甚至会烧毁交流变压器。因此，为了保证交流变压器的正常稳定运行，须采取措施抑制直流电流对交流变压器的影响，此时需要用到隔直装置。本文通过分析变压器发生直流偏磁的原因，比较变压器中性点直流电流抑制举措的优缺点，得出了通过对主变压器中性点加装隔直装置能有效抑制主变压器中性点直流电流的结论，并且对隔直装置运行情况及缺陷进行分析，提出了解决隔直装置频繁动作的具体措施，为变压器中性点直流电流抑制措施在变电站的应用提供参考。

1电容隔直装置的原理及其运行状态分析

电容隔直装置的原理就是利用了电容器“隔直流通交流”的特性对直流电流进行抑制。主要由直流抑制主设备和远方监控系统两部分构成，其中直流抑制主设备包括电容器、晶闸管、旁路开关、数字监控装置及交直流电流互感器CT、电压互感器PT，这些设备被集成在户外箱体内构成直流抑制主设备[2]。

电容隔直装置在电网运行正常时工作在接地状态。此时#2变压器中性点52000接地刀闸在分位，52GZ电容隔直刀闸在合位，机械旁路开关K3合位，电容器被短接，装置运行于“直接接地状态”。
当变压器中性点出现直流电流，超过设定的电流定值和延时时，如图1所示，装置自动断开机械旁路开关K3，使电容器投入，利用电容“隔直(流)通交(流)”的特点，有效抑制流过变压器中性点的直流电流，此时装置运行于“隔直工作状态”。当检测到电容器两端电压的直流分量低于设定限值和延时，控器判断为变电站的直流地表电势消失，装置自动合上机械旁路开关K3，转为“直接接地状态”。装置工作在“隔直状态”时，当检测到变压器中性点电流的交流分量超过限值时，控制器判断为电网发生短路故障，装置触发闭合电容器的晶闸管和机械旁路开关K3,自动转为“直接接地状态”，保证变压器中性点直接接地，起到限压和分流的作用，从而使电容器免受长时间的大电流作用，达到保护电容器的目的及避免变压器受暂态过电压的影响造成损害[3]。

2变压器中性点直流电流抑制举措

当前，变压器中性点直流电流的抑制方式主要包括以下几个方面：

(1)变压器绕组出线串联电容。流经变压器的直流电流必须通过变压器的中性点、绕组及连接线路才能形成电流回路，因此，在变压器绕组出线处串联耦合电容可以阻断直流电流流经变压器。

(2)变压器中性点串联电阻[4]。流过变压器直流电流的大小不但取决于直流输电大地回线所造成的中性点接地电位差，还取决于变压器中性点接地电阻、绕组和连接线路的等效电阻，因此，在中性点接地线上串联限流电阻可以有效抑制中性点直流电流。

(3)变压器中性点补偿电流法。补偿电流法通过向变压器附近大地注入直流电流，使变压器中性点获得与流过变压器的直流电流方向相反的补偿电流，以抑制变压器部分直流电流。

(4)变压器中性点装设隔直装置。利用电容“隔直(流)通交(流)”的特点，在变压器中性点串联电容，以阻断流经中性点的直流电流。

对于措施(1)，主变压器出线正常运行负载电流较大，装设串联电容器价格昂贵，技术复杂，装设困难；对于措施(2)，变压器中性点装设的限流电阻需足够大才能满足限流的要求，而大的电阻不能保证系统可靠接地的要求，若在故障时用放电间隙将此电阻旁路，会使系统接地阻抗不连续，导致继电保护配置复杂化等；对于措施(3)，其优点是对运行系统的参数不会产生影响，缺点是要求的技术比较高，而且装置比较复杂、昂贵。
因此，措施(1)(2)（3）未能得到广泛应用。目前，基于变压器中性点装设隔直装置具有较好的隔断中性点直流电流的效果，已在电网系统中得到较好的应用。

3缺陷分析及整改措施

3.1缺陷分析

电容隔直装置正常运行时，电容器处于长期投入状态，电阻片流过的不平衡电流和短时冲击大电流造成电阻片温升过大，进一步造成电阻片参数变化且表面碳化等现象，长期的不平衡电流和多次的短时冲击大电流（两台装置自投运以来各发生3次非对称接地故障）将造成电容器的限流电阻片熔断

[5]。

但是，隔直装置属于新技术、新设备，受不同地区地网结构和阻抗不同的因素制约，其部分定值需通过试运来确定适当的值。在装置的试运初期，由于无经验值可参考，为了保证变压器的稳定运行，隔直装置的“电压低门槛值”、“电压低门槛延时”取值均相对保守，但实践中发现地网阻抗较小，直流分量在电容器两端形成的电压值亦相对较小，所以会造成隔直装置频繁动作的现象。

3.2整改措施

1）对宁夏公司现有在运的所有无源型电容隔直装置进行排查，若为电容器限流电阻片结构形式的，不锈钢限流电阻片全部取消，采用40*4母排直接搭接的方式。

2）整改后对无源型电容隔直装置一次设备开展相关试验，包括交流耐压试验及电容器组容值测试等。

3）对无源型电容隔直装置柜体熏黑或烧糊部位用酒精擦拭后采用相近颜色自喷漆喷涂处理，保证电容隔直装置柜内部清洁。

4结束语

由于在设计无源电容隔直装置时，按有源型隔直装置的相关参数进行配置，未对电容器的限流电阻片参数进行校核，造成本起电容器的限流电阻熔断的缺陷。由于无源型隔直装置取消了旁路开关，不存在开关合闸电容两端短接放电涌流现象。变压器中性点加装电容隔直装置抑制主变压器中性点直流电流的效果明显，效率及运行稳定性高，可以有效隔绝大地系统中直流电流分量对主变压器的影响，减少损耗，对主变压器的安全运行有重大作用。将会成为解决主变压器直流偏磁问题的主要应对措施。

参考文献

［1］王波，黄炎光，易鹭，等.变压器电容隔直装置预防性试验初探[J].电力电容器与无功补偿，2015，36（2）:57⁃60.

［2］邵家海，吴翎．超高压直流输电对运行变压器的影响及变压器直流抑制措施EJ]．东北电力技术，2005，10：17～20

［3］童能高，陈洁．抑制主变压器中性点入地直流电流的几种措施[J]．广东电力，2009，22(10)：13～15.

［4］张金平，张辉，熊敏，等.基于串联电容法的变压器中性点直流电流抑制装置[J].电网技术，2009，33（20）:147⁃151.

［5］梅桂华，梁文进，刘艳村，等.变压器直流偏磁电流阻容抑制装置的开发应用[J].高电压技术，2009，35（10）:2581⁃2585.