摘要：随着最近几年来各地用电量的逐渐增多和相关用电工程的逐渐推进，直流输电的技术在整体输电的过程中发挥着越来越重要的作用，且对我国各地的发展有着非常重要的意义。本文对处于高压环境中的直流输电系统进行全面的研究，并对直流输电对变压器的影响进行分析，并适时制定出相关的对策，希望能够给大家一些参考性的意见和建议。
关键词：直流输电；变压器；影响；改善
一、引言
近年来,伴随着我国电力事业的发展与高压直流输电技术的进步,高压直流输电工程不断增加,为区域电网之间的互联互通和电力能源的远距离输送提供了有效支撑,使电网对电力的输送能力大大提升,为我国的电力安全与社会发展提供了保障;另一方面,高压直流输电技术的应用也引发了一些问题,如变压器直流偏磁。
二、交流变压器中直流电流的产生
在交流电力系统中,变压器作为核心电力设备 之一,起着变换电压、输送电能的重要作用,因此,必须对变压器进行有效的运行维护,保证变压器 正常运行。但是,随着电力系统的飞速发展,电 力系统的结构也越来越复杂,电力变压器的工作 环境也相对复杂,其中,直流电流对变压器的影 响也愈来愈受到重视,近来成为变压器研究的一 个热点问题。
我们知道,在交流电力系统中,暂态过程是绝 对的,稳态过程是相对的,因此,在复杂的交流系 统机电暂态过程中,交流系统内部会时刻存在一些 直流电流,由于电力系统的阻尼特性,这些直流电 流相对较小,对电力变压器的影响也相对较小;随 着交、直流混合输电系统的应用,送、受两端的交流输电网络通过直流输电线路、整流、逆变装置连接起来。这样,在直流输电系统中,通 过接地极的直流电流 I3 为极I流过的直流电流 I1 与 极II流过的直流电流 I2 的差电流,当极I与极II流 过的直流电流对称时,即直流系统两极对称运行,接地极流入大地中直流电流为零。极端情况下,当 直流系统发生单极闭琐、单极运行时,流过接地极 的直流电流将为直流输电系统中的直流电流,这样, 强大的直流电流通过接地极、大地形成的电场。在接地极处的直流电压 U0 为最高,随着 离接地极距离越远,直流电压呈指数下降。因此, 对于离接地极不同地点的交流变压器由于中性点直流电压的不同,通过变压器绕组及交流输电线路, 在变压器中性点之间将有直流电流流过,距离直流 接地极较近的变压器中性点将流过较大的直流电流。
三、直流电流对交流变压器的影响
（一） 对变压器的共性影响
当直流电流通过变压器中性点、变压器绕组 以及交流输电线路形成回路,在变压器中流过时, 由于直流偏磁的原因,即:直流电流的存在,导 致变压器铁芯磁滞曲线发生偏移,从而产生直流 偏磁。当变压器铁芯发生直流偏磁时,变压器励 磁电流在某半波可能工作在铁芯的磁化曲线饱和 区,从而影响变压器的正常运行,其影响主要有 以下几个方面。
1、噪声、振动增大。由于变压器磁致伸缩 的原因,当变压器发生直流偏磁时,变压器绕组流过相同的交流电流,铁芯的伸缩、振动幅度将加大, 从而导致变压器的噪声增大,同时,由于磁致伸缩 产生的振动是非正弦的,其噪声频率包含多种谐波 分量,当某一分量与变压器构件发生共振时,噪声 将更大,有可能导致变压器内部零件松动、绝缘受损。
2、电压波形畸变。由于变压器铁芯发生直流 偏磁,严重时,铁芯可能工作在饱和区,从而使变 压器漏磁通增加,这样,使电压波形发生畸变,在 兴安直流调试期间,广东电网部分地区电压就发生 了畸变,尤其是单极调试期间。
3、铜耗、铁耗增加。由于铁芯发生直流偏磁, 致使漏磁通增加,在铁芯、构件中会产生涡流,使 铁耗增加;同时,由于直流偏磁,使变压器励磁电流增大,变压器的铜耗也随之增大。由于铜耗、铁 耗的增加,造成铁芯、绕组、部件等发热严重,损 坏变压器绝缘和部件使用寿命。
4、对继电保护的影响。主要表现在,直流系 统不对称运行时,零序电压增大和电流量突变,导 致母差失灵复合电压动作、线路保护起动。
（二）对不同结构变压器影响的定性分析
由上节可知,直流电流流过变压器绕组会使变 压器铁芯产生直流偏磁,从而导致变压器噪声增大、 电压畸变、损耗增加。但对于不同结构的变压器, 绕组中流过相同大小的直流电流时,铁芯中产生的 直流偏磁程度是不同的。《高压直流接地极技术导 则》不考虑变压器具体结构,统一规定从中性点流 入变压器绕组的直流干扰电流小于额定电流有效值 的 0.7%,这显然是不合理的[8]。
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1、三相芯式变压器
直流电流流过三相芯式变压器时,对变压器磁 路而言,相当于零序电流,此时,直流电流产生的 磁通应走幅边无三角形绕组时零序磁通的磁路。这种变压器的零序磁路的磁阻很 大,只有对应较大的直流电流才能产生足够大的偏 磁影响变压器的运行,因此,这种变压器能承受较 大的直流电流。
2、三相五柱式变压器
对于这种变压器,直流电流产生的磁通与零序 磁通所走的磁路相同,都从两个边柱铁芯通过,磁 阻比三相芯式变压器的小很多,因此,对于三相五 柱式变压器而言,绕组中流过与三相芯式变压器相 同的直流电流时,产生的直流偏磁就比较严重。
3、三相分体式变压器
对于三相分体式变压器,无论何种结构,其零 序磁通所走的磁路与主磁通的磁路相同,由于技术 的进步,这种变压器的励磁电流很小(如重庆 ABB公司型号ODFS-250000/525/ 3变压器空载电流为 0.037%,即 0.3 A,幅值约为 0.5 A),因此,0.5 A 的直流电流流过变压器绕组产生的直流偏磁就与空 载磁通幅值相当,可见,直流电流对这种变压器的 影响较大,现在广东电网500kV变压器大部分采用 这种结构,所以,500 kV 变压器中性点基本安装了直流检测装置。
3 变压器中性点直流电流的抑制措施
由于直流电流对变压器和整个系统的正常运行 产生影响,因此,对于变压器中性点直流电流的有 效检测和抑制也成为研究的热点之一,目前,电力 系统常用的抑制措施有以下几个方面。
（一）在变压器中性点装设电阻
根据电路的基本知识,可以知道:当两台变压 器中性点之间的电压差一定时,通过在变压器中性 点装设电阻,可以限制流过变压器中性点直流电流 大小。但是,中性点电阻串入中性点后,交流系统 的零序阻抗将发生改变,这对继电保护装置将产生影响。
（二）在交流输电线路上串联电容
通过在交流输电线路上串联电容,利用电容隔 直流通交流的特性,可以对直流电流进行消除;但 是,由于自耦变压器在交流系统中的使用,仅在一 个电压等级输电线路串联电容,其他电压等级线路 上仍有直流电流流通,另外,串联电容也会改变系统的阻抗参数,从而对保护产生影响。
（三）在变压器中性点串联电容
在中性点串联电容,虽然可以消除直流电流, 但是,当交流系统发生故障时,可能在串联电容上产生较高的暂态电压,这对于 500 kV 变压器来说, 对绝缘是一个考验;另外,串联电容也会改变系统 阻抗,需要对保护定值重新检验。
四、结论
现在,在我国直流输电技术已经得到了广泛应 用,在目前这种交、直流混合输电系统中,交流变 压器中性点会流过一定的直流电流,并对
变压器产 生不良影响,严重时,将影响变压器和整个系统的正常运行;为了抑制变压器及交流系统上的直流电 流,可以通过在变压器中性点串联电阻、电容,在交流输电线路串联电容的方法来减小或消除直流电 流,但这些方法都会对系统的参数、继电保护产生影响,需要进一步的验证和研究。
参考文献：
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论文作者:陆凯
论文发表刊物:《电力设备》2017年第29期
论文发表时间:2018/3/12
标签：变压器论文; 电流论文; 绕组论文; 电压论文; 系统论文; 电容论文; 铁芯论文; 《电力设备》2017年第29期论文;