何秋月
国网吉林省电力有限公司
摘要：电能是人类赖以生存的能源，二十一世纪作为信息化时代，网络、新型科技产品盛行，人类生存、生产越来越离不开网络与新型科技产品，电能在时代发展浪潮中越来越重要。随着社会经济的快速发展，我国大力投入直流输电工程的建设力度。直流输电工程的建设效果，也是国家经济发展的象征。然而，在直流输电工程案例中，直流输电系统单级大地回线运行方式下接地极入地电流对附近交流系统中性点接地变压器运行存在影响，本文旨在对变压器中性点直流电流抑制措施的研究。
关键词：变压器中性点；直流电流；抑制措施
引言：变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，其主要作用是对电压、电流、电阻的变换，隔离，使电压、电流、电阻均衡稳定，因此变压器被广泛应用于高压直流输电工程的建设之中。然而，变压器在高压直流输电工程中发挥作用的同时，由于高压外输电系统的运行方式是通过接地回流的，对直接接地的变压器中性点造成不同程度的影响，如直流电流发生偏磁后产生谐波、噪音、振动等现象，对变压器的正常使用功能造成不利影响。
一、变压器中性点直流电流产生的原因及后果
变压器中性点直流电流产生的原因，是直流输电系统单级大地回线运行方式下接地极入地电流对附近交流系统中性点接地变压器运行存在影响，高压直流输电系统直流偏磁饱和，使变压器成了交流系统中的谐波源。
变压器中性点直流电流一旦产生，谐波源流入高压直流输电系统后，高压直流输电系统的电压被谐波源影响而不稳定，电压波形产生畸变、滤波器无法负荷畸变波形、继电保护器被畸变波形触动错误启动保护功能、合空载长线时产生持续过电压、单向重合闸过程中潜供电流增加和断路器恢复电压增高。高压直流输电系统直流偏磁饱和使变压器磁路饱和，励磁电流随之增加[1]，变压器消耗无功增加，使系统无功补偿装置负载超标或系统的电压下降。由此可见，变压器中性点直流电流产生后，对高压直流输电系统的影响是系统性的。而最终导致变压器会出现噪声和振动，影响变压器使用功能的同时，严重影响变压器自身的性能，甚至会使变压器温度过高而丧失使用功能。
二、抑制变压器中性点直流电流的措施
随着社会经济的发展，我国对高压直流输电工程的重视程度越来越高，高压直流输电工程的建设力度也显示了国家发展的步伐。目前，我国已建设多个大型高压直流输电工程，如葛洲坝—南桥高压直流输电工程、江陵—鹅城高压直流输电工程。对于高压直流输电系统中变压器中性点受直流电流影响的措施，我国也在各种大中小型工程案例中找到了解决方式。总体来说，抑制变压器中性点直流电流的方式，是最大程度减小变压器中的直流电流，甚至将变压器中的直流电流减小为零。其有效抑制措施有三种：第一，在变压器中性点中增加电阻装置，以抑制直流电流的大小；第二，在输电线上增加串联电容补偿装置，以阻断电流的通路；第三，在主动变压器中性点增加电容装置，以阻断直流电流，这种方法也是从根本上减除变压器中的直流电流，在现实高压直流输电系统中应用最为广泛。
2.1变压器中性点中增加电阻装置
在变压器中性点中增加电阻装置，通过电阻器的阻值，限制通过电阻所在输电线路的电流的大小。对南方电网三—广高压直流输电工程进行研究分析，此系统在单级大地运行方式下的输出功率为1500MW，此额定功率在岭澳和大亚湾主动变压器中性点引起的直流电流值最大，因此，将岭澳和大亚湾作为变压器中性点电阻装置点，具体的电阻装置方法需要通过高压直流输电系统回路中电流、电压值大小进行设计方案[2]。
根据岭澳和大亚湾核电站提供的三—广高压直流输电系统各方面的数据分析，其系统直流电流不能超过10A，才不会对变压器产生影响。由高压直流输电系统回路中的额定功率以及电流电压值计算，在岭澳主动变压器中性点上增加的电阻装置的电阻值应不小于13Ω，在大亚湾主动变压器中性点上增加的电阻装置的电阻值应不小于52Ω。其次，高压直流输电工程是一个系统性的工程，连接两地电流电压也有关联的，因此，在增加恰当值的电阻装置时，要兼顾两地的输电方式以及电流、电压值，进而计算所需增设的电阻值。
2.2输电线上增加串联电容补偿装置
所谓串联电容补偿装置，是在高压直流输电系统中，已经安装的电容装置对系统中的直流电流起到抑制作用，但是直流电流还是能够通过输电线进行传输。这种情况下，就在要系统直流电流值超出规定值的位置增设电容装置，与已有的电容装置形成串联回路，提供补偿作用，共同组织系统中直流电流的输送通路。在输电线上增加安装串联电容补偿装置，原理是利用电容器充放电的特性和阻止直流电流通过、允许交流电流通过的能力，且其自身是由绝缘电介质构成的。在高压直流输电系统中，尽可能安装足量的电容器，加强对直流电流的在线路中传输的抑制作用，从而实现阻碍直流电流传输通路的目的。
三—广高压直流输电系统中，安装的变压器是自耦变压器。在这个高压直流输电系统中，在一个电压等级的输电线路上安装串联电阻，无法实现抑制直流电流通过自耦变压器而流到另一个电压等级的输电线路上。在三—广高压直流输电工程实例中，岭澳与大亚湾核电站必须在所有与交流系统向管理的输电线路中，增加安装串联电容装置，相互补偿对直流电流的抑制效果，才能有效阻止直流电流通过变压器。
2.3主动变压器中性点增加电容装置
主动变压器中性点增加安装电容装置，直接阻断直流电流传入主动变压器中性点，保证主动变压器工作过程中不受直流电流的影响[3]。将此理论措施应用到实际中，检测在主动变压器中增加安装电容装置之后对直流电流的阻止效果。
考虑到直流电流的大小不会受到电容器容抗值的影响，在岭澳和大亚湾4台主动变压器的中性点上各安装一个容抗值为1Ω的电容器，此电容器在50Hz的交流电源的频率之中的数值为3185μF左右。根据三—广高压直流输电工程进行研究分析，此系统在单级大地运行方式下的输出功率为1500MW时，高压直流输电系统中岭澳与大亚湾两个区域的直流电流数值的变化如下图所示：
从岭澳与大亚湾地区的直流电流变化曲线图可以看出，高压直流输电系统的接地极电流为零时，或者接地极电流稳定不变时，回路中的直流电流均为零。因此，在主动变压器中性点上增加安装电容器，能够有效的抑制电容器中的直流电流。
但是，需要注意的是，在主动变压器中增设的电容器，需要选择合适的规格型号，主要需要注意电容器的容抗值的大小。电容器容抗值的选择需要遵循以下原则：第一，不能在高压直流输电系统中产生或者引起供频或谐波谐振等过电压；第二，回路中的继电保护装置不能被电流回路中其他装置的工作影响。
三、结语
在变压器中性点中增加电阻装置、在输电线上增加串联电容补偿装置以及在主动变压器中性点增加电容装置，是有效抑制变压器中直流电流的三种方法。本文对南方电网三—广高压直流输电工程进行研究分析，将此三种方法的应用方式以及对变压器中直流电流的抑制效果进行了分析，从理论到实际案例，向读者讲述了这三种方法抑制变压器直流电路的有效性，希望能为我国高压直流输电工程的建设贡献绵薄之力。
参考文献：
[1]王明新，张强.直流输电系统接地极电流对交流电网的影响分析[J].电网技术，2005-03-29.
[2]朱艺颖，蒋卫平，曾昭华，印永华.抑制变压器中性点直流电流的措施研究[J].中国机电工程学报，2005-08-13.
[3]李鹏.抑制中性点接地变压器上直流分量的措施[J].科技传播，2012-07-09.
论文作者:何秋月
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/18
标签：电流论文; 变压器论文; 高压论文; 系统论文; 装置论文; 大亚湾论文; 电容论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;