（湖南华电常德发电有限公司，湖南常德，415000）
摘要：2017年6月份酒泉-湖南±800kV特高压直流输电线路投入运行，对输电路径区域内的常德电厂主变压器产生了直流偏磁影响，分析了直流偏磁产生的原因和对变压器、接地网、继电保护的危害，为防止变压器直流偏磁采取的治理措施。
关键词：直流输电；直流偏磁；变压器；危害；治理
0引言
酒泉-湖南±800kV特高压直流输电工程2015年6月开工建设，计划2017年投入运行，这是湖南境内第一条落地的直流线路。2017年3月及5月，±800kV酒泉-湖南线投产前，湖南省湘电试验研究院进行了直流偏磁试验，常德电厂#1、#2主变中性点均有直流电流通过且数值较大。本文就常德电厂#1、#2主变直流偏磁产生原因进行了分析、采取的治理措施进行了阐述。
1直流偏磁现象及产生的原因
1.1直流输电产生的直流偏磁
随着我国高压直流输电技术的发展，至今已有多条直流输电线路投入运行，直流输电系统换流站的接地极附近有直流电位，该电位由注入电流的大小和该处的土壤电阻率决定。在高压直流输电系统采用单极大地回路方式或双极不对称方式运行时，大地中回流的部分直流电流会通过接地中性点流入变电站的变压器绕组，从而引起变压器发生直流偏磁。
2直流偏磁的危害
2.1对变压器的损害
直流偏磁会引起变压器励磁电流大幅增加，铁芯饱和程度加深，漏磁通加大，使其绕组、铁芯、油箱和夹件的涡流损耗增加，进而引起变压器顶层油温和绕组温度增加，导致局部过热。漏磁通的大幅增加，也会导致绕组电动力增大，使变压器振动、噪声加剧。在偏磁电流的长期作用下，会使变压器的机械性能、抗短路能力下降，从而在变压器遭受外部突发短路故障时，引发更大的电力事故。
2.2对变电站接地网的腐蚀
我国接地网所用材质主要为普通碳钢，当直流输电单极运行时，直流接地极电流会对邻近变电站接地网造成电化腐蚀，缩短接地网的使用寿命。由于接地网埋于地下难以直接监测，当地网满足不了热稳定要求时，无法承受雷电冲击或短路事故形成的大电流。一旦地网烧毁，地电位猛升，高压窜至二次回路导致送变电设备大量烧毁，将造成巨大的经济损失和不良社会影响。
2.3对继电保护的影响
变压器发生直流偏磁时，由于铁芯的非线性，导致产生大量谐波，而流经交流电网的直流电流还容易造成电流互感器的直流偏磁，从而导致电流互感器传变特性发生变化，这些都可对交流保护的动作产生影响，发生拒动或误动。从直流偏磁的影响和变压器保护相关电气量的角度来讲，变压器的差动电流是受直流偏磁影响最大的参量，在直流偏磁下，变压器差流中的二次谐波含量增大，变压器差动保护存在二次谐波误闭锁的风险。
3直流偏磁的治理措施
国内外针对变压器直流偏磁治理措施研究时间较长，也提出了几种不同类型的治理设备，包括：中性点加隔直电容器、用电阻限制直流、改变中性点电位等措施。
3.1电容隔直装置
电容隔直装置利用电容来阻隔直流电流流入系统，考虑到经济性和绝缘水平的要求，通常将电容隔直装置安装在变压器的中性点处。目前电容隔直装置已有多种产品，该类装置的内部一次系统图如下所示。
图1电容隔直装置原理图
电容隔直装置接入变压器的中性点处，具有直接接地和电容接地两种运行状态，利用与电容器并联的旁路开关实现隔直装置两种运行状态的转换。当变压器中性点检测到越限的直流电流时，将旁路开关断开，变压器中性点通过电容器接地，从而将直流通路隔离；当检测到电容器两端电压低于设定值时，延时将旁路开关闭合，变压器中性点直接接地。此外，装置还判断交流电网是否发生不对称短路故障，由快速旁路回路动作保证变压器中性点可靠接地。除隔直电容外装置还包括刀闸、晶闸管、整流二极管、电感等辅助设备和二次控制单元。
a)直接接地运行状态
在中性点直接接地运行状态下，装置内部测控单元监视中性点的电流，当中性点电流超过设定门限时，在装置处于自动控制模式下，装置自动分断状态转换开关使装置进入中性点电容接地运行状态；在装置处于手动控制模式下，向监控终端发出越限提示，提醒运行人员手动将装置切换到中性点电容接地运行状态。
目前国内针对直流输电单极运行造成的交流电网直流偏磁时，电容隔直装置默认采用直接接地运行状态，只有在检测到中性点直流电流超标时才切换到电容接地状态，这种处理方式未改变电网变压器接地的习惯运行方式。
b)电容隔直运行状态
在电容隔直运行状态下，变压器中性点通过装置内部的电容接地。只有当中性点电流过大，引起电容两端电压超过过压触发门限值或过流保护动作值时，则故障电流将触发旁路系统，并驱动快速开关闭合，保证中性点安全接地。
3.2电容隔直装置安装实施
2017年3月18日，±800kV酒泉-湖南线投产前，湖南省湘电试验研究院进行了直流偏磁试验，在试验期间，#1主变中性点的直流电流由0A达到最大10A左右（500kV#2主变停运）；2017年5月10日，进行第二次直流偏磁试验，#2主变中性点直流电流达到了23A，同时噪声由79dB增大到97.3dB(A)，振动达到0.293mm/S；#01启备变中性点的直流电流达到了4.2A。根据两次的测试结果，在酒泉-湖南直流线路输电单极大地运行方式时，常德电厂3台变压器直流偏磁现象较明显。
参照湖南省电网公司治理直流偏磁方案，常德电厂委托湖南省电力试验研究院，制定最终直流偏磁治理方案：全厂安装2台XDGZ电容隔直装置，#1主变、#01启备变共用安装1台，#2主变安装1台。
电容隔直装置安装项目自2017年8月10日开始施工，9月20日完成安装调试工作正式投入运行。
4结语
本项目针对酒湖直流入湘后，湖南交流电网将面临酒湖直流单极大地回线运行入地直流电流影响，常德电厂受此影响，针对直流偏磁问题的应对治理措施，根据湖南省电网公司已安装的电容隔直装置现场测试结果，表明该装置能够有效抑制变压器中性点直流电流，使变压器的振动与噪声都降低至正常运行水平，有效解决了常德公司变压器直流偏磁问题，有力保障了主变运行安全。
参考文献
[1]蒯狄正,万达,邹云．直流偏磁对变压器影响的研究[J]．江苏电机工程，2004，23(3):1-3.
[2]湖南省湘电试验研究院．XDGZ变压器中性点隔离直流成套装置技术说明书:3-4.
论文作者:董良阁
论文发表刊物:《科技新时代》2018年8期
论文发表时间:2018/10/19
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