摘要：当直流输电系统以单极大地的方式运行时，在直流接地极附近就会有直流电流从大地经直接接地的中性点流入主中，极易造成主变的直流偏磁问题。为保证电网中主变压器运行的安全性，以及损耗的消减，笔者认为需在主变中性点回路串接电容隔直装置。此装置最大限度阻隔了大地系统之中的直流电流分量，保证变压器中性点可靠接地运行。笔者在本文中分析隔直装置的构成与功能，并对其在电网中的应用进行研究。
关键词：隔直装置；电网；应用
在实行西电东输过程中，直流输电网络的大幅度增加，导致接地级附近的变电站主变压器中性直流电流超过允许值，变压器极易产生直流偏磁。在直流偏磁的影响下会引发主变异常振动、噪声、过热等缺陷，严重时还可能引发变压器的损坏。笔者认为面对上述问题需要在电网建设中，加强对隔直装置的应用，以实现电网的安全稳定运行。
一、电容隔直装置的构成
电容隔直装置由电容器(C)、机械旁路开关(K3)和一对反并联晶闸管(SCR)串接限流电抗器L并联而成，接于主变的中性点和变电站主地网之间。在交流环境中，电源频率越大，角频率W数值越大，容抗值就越小，当其数值小到不能与其他阻抗忽略不计时，就形成短路。如若在直流的环境下，电源频率为0，W数值趋近于无穷小，容抗无穷大，因此直流电流不能通过，就如同开路。电容器接通直流电源时，仅仅在刚接通的短暂时间内发生充电过程，在电路中形成充电电流。充电结束后，因电容器两端的电压等于电源电压不再发生变化，所以电容器电路中的电流为零，相当于电容器把直流电流隔断，通常把电容器的这一作用简称为“隔直”。当电容器接通交流电源时（交流电的最大值不允许超过电容器的额定工作电压），由于交流电源电压的大小和方向随时间不断变化，电容器不断地进行充放电，所以电路中就会反复出现充放电电流，相当于交流电流能够通过电容器，通常把电容器的这一作用简称“通交”。
机械旁路开关K3的分合闸，决定电容器的投退。若K3分闸，则变压器中性点经电容器接地，装置进入隔直状态。若K3合闸，则变压器中性点经旁路开关K3接地，装置转为直接接地状。
快速旁路支路由晶闸管(SCR)串接限流电抗器(L)组成。当交流电流互感器ACCT检测到中性点交流电流超过整定限值，装置控制器判断为交流电网发生不对称短路故障，反向并联晶闸管立即触发导通，同时机械旁路开关转为合上位置。由于晶闸管导通速度＜20μs，故通过该支路可以起到快速限流分压的作用，使电容器免受高压和大电流冲击，达到保护电容器的目的。
直流抑制设备，即电容器；旁路系统，即限流电抗器与双向晶闸管双支路、机械旁路开关；控制检测装置，即交直流CT、数字控制器、远程监控计算机三部分，以一定顺序构成的整体则是电容隔直装置[1]。
图1电容隔直装置的结构组成图
二、电容隔直装置在电网中的应用研究
2.1电容隔直装置的基本原理
电容隔直装置整体在电网中的运行依靠的是电容器的两端并联限流电抗器、晶闸管、机械开关旁路装置，这也是电容隔直装置的基本原理，将其置于主变压器中性线之中能触发直流电流的抑制作用。电网安全运行的状况下，变压器中性点接地刀闸分位，变压器电容隔直装置接地刀闸合位，机械旁路开关合位，进而电容器短接，这是电容隔直装置的运行状态处于“直接接地”。
装置检测如若检测到变压器中性点电流直流分量最大值超过限定值时，会自动断开机械旁路开关，进而将电容器接入并使用。在上述过程中电网利用电容隔直流通交流的特征，将变压器中性点的直流电流抑制住，这时电容隔直装置处于“隔直工作状态”[2]。在隔直工作状态中，如若检测到变压器中性点电流交流分量超过最大限度，隔直装置会直接认为电网运行发生了不对称短路故障，进而装置即刻启动双向晶闸管旁路，并在此基础上触发机械旁路开关合闸信号。
上述电网内部动作中的机械开关合闸远远慢于晶闸管导通，基于此故障产生电流通常经由晶闸旁路流向大地，达成电容器高度保护目的。机械旁路开关闭合动作完成后，故障电流通过晶闸管旁路转而向机械旁路开关移动，并流向大地，在此过程之中晶闸管起到的是主导作用，装置切换回到直接接地状态。
2.2电容隔直装置的工作状态与控制参数
隔直装置投入到电网运行之后，会产生下述两者形式的工作状态，第一：直接接地状态，即晶闸管与机械旁开路开关闭合，以此方式确保主变电器中性点直接接地，在电网正常运行中，直接接地状态作为隔直装置主要工作状态或者是默认工作状态。如若主变电器中性点直流电流控制在设定数值之内，那么隔直装置处于直接接地状态。第二：隔直工作状态，即机械旁路开路开关断开，进而电容器投入使用，将控制直流流入变压器中性点作为主要工作任务。
主变中性点直流电流超出设定数值，即5A，此时直流PT电压值将会大于1.8V，出现时间延缓12S，这种情况下，隔直装置需要有直接接地状态转换为抑直工作状态。如若隔直装置处于抑直工作状态，出现以下任何一种状况，隔直装置的工作状态直接转换为直接接地状态：第一种状况，主变中性点交流电流超过初始设定数值，即300A，无延时旁路开关合闸。第二种状况，电容器两端直流电压的数值低于初始设定的数值，即1.8V，这是延时60S旁路开关合闸。第三种状况，在主变中中性点设置的两个直流CT，同时间数值的差异超过最初设定的数值6A时，出现延时300SK3旁路开关合闸，此外直流CT超差出现报警。第四种状况，主变中的隔直电容器的两个直流PT，同一次的数值差超过最初设定的数值时，即3V，延时出现300SK3旁路开关合闸，在这时直流PT超差发出警报[3]。
2.3电容隔直装置的控制模式
电容隔直装置按照控制地点可以划分为“就地”与“远方”两种模式，如若根据控制方式可以划分为“手动”与“自动”两种模式。远方监控计算机实现远方监控、历史数据及录波数据存储、控制参数修改，进而通过光缆与就地监控系统实现实时数据的准确传输。
就地与自动、远方与自动与隔直装置的链接控制依靠的是数字控制器实现的，紧急合闸按钮设置于当地控制板面上。就地与手动是处于当地控制板面，通过人为操作实现作用。而远方与手动是远程通过计算机在板面上进行操作实现作用。就地与手动、远方与手动模式当前在电容隔直装置中处于调试阶段。就拿隔直装置正常运行来说，电容隔直装置在此状态中应处于远方与自动控制模式。但是不管哪种模式之下，装置控制面板上的紧急合闸按钮是始终有效的。
2.4电容隔直装置的远方监控功能
电网安全运行状况下，运行值班人员只需巡视主控室，通过远方监控计算机实现监控。笔者对隔直装置的远方监控进行研究，发现其可以实现下述功能：第一，对隔直装置工作状态进行实时监控；第二，旁路开关位置状态、变压器中性点直流或者是交流电流、电容器两端直流电压等信息的显示；第三，修改装置中的控制模式与控制参数；第四，远方与手动控制模式影响下，手动控制旁路开关的分合；第五，对装置中储存的历史数据进行查询，数据中包括运行数据、事件记录、故障录波等等[4]。
图2电容隔直装置的控制模式图
2.5电容隔直装置的上传信号
电容隔直装置在电网中的应用能将信号传递给自动化系统，其中所传递的信号包含了：直流工作电源故障信号、变压器中性点直流电流信号、旁路开关分合状态信号、TA故障信号、温度超差信号、就地与远方控制模式信号等等。
三、结束语
综上所述，主变中性点与电容隔直装置的结合，在一定程度上能对中性点的直流电流产生直接的影响，并实现直流电流的分流，从而保护变压器整体运行的稳定性与安全性，同时在这过程中为电网整体的运行提供行之有效的手段保护。在文章中笔者论证了隔直装置在电网中应用的有效性，在电网交直流混合系统中对交变压器的运行产生直接影响，并提供了可行的数据支持。
图3 监控后台主画面
参考文献
[1]曾鸣,洪秋.阻容隔直装置在电网中的应用研究[J].硅谷,2014(22): 81-81.
[2]石国超,李祥.电容式隔直装置运行管理[J].科技风,2014(23):142 -142.
[3]郑雄风.浅析500kV变电站电容隔直装置的应用[J].科技风,2017 (14):204-204.
[4]卢敏波.电容隔直装置在500kV罗洞变电站中的应用[J].机电信息,2011(15):8-9.
论文作者:麦少锐
论文发表刊物:《电力设备》2018年第26期
论文发表时间:2019/1/16
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