（山东核电有限公司 山东省烟台市 265116）
摘要：直流偏磁发生时，会影响变压器的运行，严重时甚至会威胁到整个电网的安全。本文对某电厂3台主变压器发生直流偏磁的原因进行了排查分析，对几种应对方案进行了分析对比，选取了合适的解决方案。
关键词：直流偏磁；主变压器；中性点；抑制措施
1.异常现象
2015年底，山东某电厂主变压器首次倒送电后，运行人员反馈主变噪声不稳定，断续出现噪声过大的现象，后经技术人员现场测量，在主变低压侧2米处A/B/C三相分别测得噪声分别为82/83/82dB，变压器本体振动分别为1.4/1.9/1.5mm/s，维修人员在对主变中性点电流进行测量时发现存在直流分量，最大约7.5A，最终确认主变存在直流偏磁的情况。
2.直流偏磁的成因分析
协调主变供应商通过分析计算，提供了不同直流偏磁电流情况下，变压器允许运行时间。根据《DL/T437-2012 高压直流接地极技术导则》中规定，单相变压器允许通过的直流电流不应大于高压侧额定电流的0.3%，通过计算最大允许电流为13.1A。综合考虑供应商的意见，确定该厂主变最大的允许直流偏磁电流为11A。
2.2厂外因素的排查分析
根据相关研究，单相变压器组中性点受大地直流电流影响的原因可能有如下几种：
2.2.1地磁爆
太阳耀斑的动态变化会对地球磁场产生影响，地球磁场的变化将在地球表面产生电位梯度，太阳耀斑的剧烈变化会造成地球磁场剧烈扰动而形成“地磁爆”。地磁爆产生的电位梯度作用于中性点接地的电力变压器时，将在绕组中产生感应电流，其频率在0.01~1Hz之间，与50Hz的交流系统相比较，可以近似看成直流，并且其值较大，持续时间短 [1] 。
该厂变压器直流偏磁现象持续时间长，且电流幅值和极性是不断变化的，不符合地磁爆的产生电流的相关特征。该厂变压器出现直流偏磁现象时，没有太阳耀斑活跃的记录[6]。综上，可以排除地磁爆原因导致主变直流偏磁。
2.2.2直流系统单极运行
正常情况下，直流系统双极运行，当直流系统在检修、调试或者故障的情况下，以单极-大地方式运行时，大地作为电流回路的一部分，会流过数千安培的电流，并会造成接地极附近的地表电势发生较大改变，由于地表电势分布的差异，直流附近交流电网中将会有直流电流从变压器的中性点接地处经变压器绕组流入系统，造成变压器直流偏磁。另外，直流系统双极不平衡运行时，不平衡电流也会通过大地流转，进而导致变压器直流偏磁。直流偏磁持续的时间与直流系统的运行方式相关。
距该厂最近的直流站为青岛换流站，距离约200km，在其停运检修时，该厂主变直流偏磁现象仍然存在，另外换流站单极运行导致的地表电势变化比较固定，主变中性点直流电流变化应相对平稳，与监测结果不符。直流输电的影响在百公里范围内[7]，可以排除直流系统单极运行造成变压器直流偏磁。
2.2.3附近城市的地铁及轨道交通
大城市的地铁、轨道交通或一些矿山小火车大多采用直流电驱动车辆，这些轨道交通的直流电源用大地作为其中的一极，类似直流输电的单极运行，对城市的110kV以上的变压器造成直流偏磁。其值一般比较小，波动频繁；持续时间与城铁运行时间同步[8]。
地铁、轨道交通等设施在夜间均不营运，而现场主变直流偏磁现象持续24小时存在。因此，地铁、轨道交通等设施造成的变压器直流偏磁可能性较小。
2.2.4附近风电、光伏电等大型电力电子设备
光伏电池输出为直流电，通过逆变器变为工频交流电后接入电网。风力发电虽然输出交流电，但其输出频率与电机转速有关，受环境影响变化较大，其输出的电能也需经过变频器处理后再接入电网。逆变器/变频器等电力电子设备是利用元器件的频繁导通和截止实现电力变换的，其工作时会产生谐波分量，对电网造成谐波污染。此外，若逆变器/变频器存在参数不均衡、触发脉冲不对称的情况，输出电流中可能产生直流分量，该直流分量可能造成变压器的直流偏磁[2-4]。
因风力发电、光伏发电受环境因素影响较大，设备运行方式复杂多变，对电网影响也较复杂。该厂主变的直流电流幅值和极性一直存在波动，且波动持续存在，其现象与受到电力电子设备干扰的情况比较相符，在排除了其他几种原因的情况下，该厂主变中性点直流偏磁问题可能与电厂周边风电、光伏电等大型电力电子设备的运行有一定的关联性。
3.处理方案
目前，国内抑制变压器中性点直流电流的技术方案主要有以下三种：
方案1：串联小电阻法；
串联小电阻法是在变压器中性点上装设一个电阻来抑制流过变压器中性点的直流电流。具有原理简单，造价较低的优点。同时也存在不能完全消除变压器中的直流，影响变压器过压能力，影响变压器继电保护，并且对系统各种运行方式适应性较差的缺点。此方案在广东阳江 220kV 春城变得到安装，但是没有实际投入运行记录，500kV电压等级变压器上没有应用，该方案实际应用较少[3]。
方案2：反向注入法；
反向注入法借助有源装置注入反向电流，直接抵消由大地串入变压器中性点的直流电流，从而达到抑制变压器直流偏磁的目的。该方法无需更改变压器接线且对继电保护无影响，但需要建辅助接地极，辅助接地极电流可能造成二次污染，对电厂其他设备的影响无法预测，该方案工程造价及设备运维成本都很高。江苏省电力公司在武南站3号和4号500 kV 主变装设了两套反向注入电流装置，抑制效果较好[1]。
方案3：电容隔直法。
电容隔直法是利用电容隔直流通交流的技术特点，在变压器中性点串接一个电容器，达到阻断变压器直流通路，从而消除变压器的直流偏磁。其原理简单，阻隔直流效果明显。可通过成套元件消除因串联电容可能造成过电压的情况，抗事故能力高。该方案旁路装置比较复杂，工程造价相对较高。
根据调研，大亚湾核电站、岭澳核电站及岭东核电站的主变均采用的第三种方案。自2008年至2015年，仅PAC50K型电容法抑制装置在各项目实际应用就达到118台（包括核电项目），运行经验反馈设备动作可靠，抑制直流效果较好。
电厂主变压器把发电机输出电压升高至电网电压并向电网输送电能，在发电机不可用时，也可把电网电源输送给厂内设备使用，其对电厂的重要性不言而喻，综合考虑上述三种方案技术优缺点及实际应用情况，并参考国内其他电厂解决类似问题的先例，该厂采用了第三种方案。
在直流抑制装置投运后，现场技术人员仍在原测试位置实测各相变压器的噪音分别为68/71/70dB，各相变压器本体振动0.5/0.3/0.4mm/s。主变中性点与大地之间增设隔直装置之后，由于装置阻止了窜入变压器中性点的直流电流，消除了直流偏磁，主变原来存在的噪音、振动大的现象明显改善。
4.结论
本文对该厂主变直流偏磁的原因进行了排查分析，同时也对三种处理方案进行了分析对比，选取了合适的方案处理电厂主变压器直流偏磁问题。在处理该厂变压器直流偏磁的过程中，了解到山东省内尚未发生过变压器直流偏磁问题，该案例对于解决该厂后续项目及其他项目变压器的直流偏磁问题具有一定借鉴意义。
参考文献：
[1]肖本旺，王渝红，欧 林等. 直流偏磁抑制措施研究综述.高压电器 Oct. 16，2015
[2]施 敬. 风电场主变压器异响故障原因分析及处理 内蒙古电力技术2012年06期
[3]阳 熹,欧阳潮. 台山电厂二期2x1000MW机主变直流偏磁分析及抑制措施 电气工程应用2012.2
[4]朱永强，齐 琳，叶 青，李红贤.分布式电源并网电能质量问题综述 供用电 2014.02
[5]DL/T437-2012 高压直流接地极技术导则
[6]中科院国家天文台太阳活动预报中心监测数据（rwcc.bao.ac.cn/history/index.jsp）
[7]刘连光，崔明德，孙中明，等． ±800 kV 直流接地极对交流电网的影响范围［J］． 高电压技术，2009，35( 6)
[8]章彬,黄炜昭,陈潇.直流偏磁对深圳电网主变压器的影响及抑制措施的研究 陕西电力2014年12期
作者简介：
宋军（1982-07），男，汉族，山东潍坊人，本科，中级工程师，研究方向：电力工程及自动化
张莹莹（1988-07），女，汉族，江苏灌云人，本科，中级工程师，研究方向：电力工程及自动化
陈腾飞（1984-12），男，汉，山西长治人，本科，中级工程师，研究方向：高电压与绝缘
论文作者:宋军,张莹莹,陈腾飞
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/16
标签：变压器论文; 电流论文; 电网论文; 方案论文; 电厂论文; 抑制论文; 地磁论文; 《电力设备》2017年第21期论文;