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摘要：直流输电系统具有输电损耗低、稳定性强、投资少、占地省等诸多方面的优点，在电网中得到日趋广泛的应用。但当直流输电系统以大地回流方式运行时，将会导致电网内距离直流换流站较近的交流变电站变压器压器中性点直流电流过大，使交流变压器发生直流偏磁，导致系统谐波、运行噪声、线圈过热等问题的出现，甚至会烧毁交流变压器。因此，为了保证交流变压器的正常稳定运行，须采取措施抑制直流电流对交流变压器的影响，此时需要用到隔直装置。
关键词：变压器；直流偏磁；隔直装置
引言
电容型隔直装置投入后将会改变附近其他变压器的中性点电流大小，即改变变压器中性点直流电流的分布，因此对一个区域内的变压器配置中性点电容隔直装置，可以作为一个优化问题来研究。本文介绍了直流偏磁产生的原因以及对交流变压器的影响，比较变压器中性点隔直装置优缺点，总结了电容器隔直装置对直流偏磁的抑制效果，分析了隔直装置在运行中的异常及可能出现的问题，并提出解决方案和措施。
1隔直装置的工作原理
1.1直流偏磁对变压器的影响
随着西电东送政策的实施，直流输电系统在电力系统中越来越多的应用，直流偏磁的影响也越来越普遍。直流偏磁是变压器的一种非正常工作状态，随着直流电流分量的串入，变压器励磁电流的正弦波发生畸变，与直流同向的半波，铁心过度饱和，与直流反向的半波，铁心的饱和度不足。其具体影响包括：振动加剧，噪音增大；输出电压波形畸变，不稳定；变压器铜耗、铁耗增加；变压器发热。可见，直流偏磁将对变压器的使用寿命和安全运行产生严重的不良影响。
1.2隔直装置对直流偏磁的抑制
为了抑制大地中的直流电流对交流变压器的影响，需要在变压器中性点加装直流电流消除装置。目前，电力系统中已有多种抑制变压器直流偏磁电流的方法和装置：
1.2.1变压器绕组出线端串联电容
直流电流是进入变压器绕组形成电流回路造成的直流偏磁，因此，在变压器绕组出线端加装电容可阻止直流电流流入。
1.2.2变压器中性点串联电阻
流入变压器的直流电流既与地电位有关，又与中性点接地电阻有关，接地电阻大，流入绕组的电流就小，所以，在中性点串联限流电阻可以减小进入变压器绕组的直流电流。
1.2.3变压器中性点补偿反向电流法
向变压器中性点注入与直流偏磁电流方向相反的直流电流，给予足够量的补偿，从而抑制变压器绕组的直流电流。
1.2.4变压器中性点装设电容器隔直装置
大地中的直流电流是通过交流变压器的中性点进入进而影响变压器正常运行的，因此，利用电容“隔直通交”的特点，在变压器中性点串联耦合电容可以阻止直流电流流入变压器。其中，方式（1）技术复杂且装设困难；方式（2）为了满足限制直流电流的需求需要的限流电阻较大，但电阻大又与变压器中性点直接接地的要求互相矛盾；方式（3）技术要求高、装置复杂、昂贵。因此，前三种方式未能得到广泛应用。目前，方式（4）已在电力系统中得以广泛使用，效果良好。隔直装置主要由三部分构成：隔离开关，用于切换隔直装置是否投入运行；隔直装置本体，包括电容器、晶闸管、整流二极管、电感等一次设备及二次控制单元；测控装置，输出开关量信号和模拟量信号，供变电站运维人员监视装置运行状态。电容器隔直装置的工作原理是，利用电容器“隔直通交”的特性，在变压器中性点采用接入电容器的方法隔离侵入变压器的直流电流，通过与电容器并联的快速旁路开关实现变压器中性点直接接地和经隔直电容接地运行状态的转换。
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2特高压变电站隔直装置动作异常分析
2.1操作空间与接地体安全距离不足问题
隔直装置与接地网连接点位于集装箱内，且用于切换隔直装置投入退出的隔离开关距离接地体只有0.5ｍ，安规规定“运行中的高压设备其中性点接地系统的中性点应视作带电体”。在箱内巡视、操作或在现场开展工作时，安全距离不足会导致人身触电的风险。针对以上问题提出改进措施：
（1）加大隔离开关与接地体之间的距离，并布置提示
性安全措施，避免工作人员碰触或接近接地体。（2）在集装箱内接地体安全距离范围外加装固定围栏或提示警戒线并贴警示牌，同时要求在集装箱内操作位置上铺设检测合格的绝缘垫。
2.2双石墨球间隙异常放电问题
隔直装置中装有一个关键部件是双石墨球放电间隙，且两个石墨球之间的间隙只有２ｍｍ。隔直装置正常工作在电容接地状态，当直流偏磁电压消失时，系统控制快速旁路开关闭合，使隔直装置直接接地。当交流系统发生不对称接地故障时，石墨放电间隙迅速放电击穿，使快速旁路开关闭合。两个石墨球为垂直布置，而且集装箱内部密封、通风工艺欠佳，一旦箱内空气湿度变大，在上石墨球出现凝露，将会造成间隙异常击穿的极大风险。针对以上问题提出改进措施：
（1）采取措施降低集装箱内部空气湿度，一方面加强集装箱底部密封效果，防止地面湿气进入集装箱；另一方面在集装箱内加装工业用除湿机，将集装箱内的湿气及时排出。
（2）改变双石墨球间隙的布置结构，由垂直布置改为水平布置，这样，即使集装箱内空气湿度大出现凝露，也不至于使间隙击穿。
2.3整流二极管击穿异常
某隔直装置投运以来，多次出现装置内部的整流二极管击穿问题。分析认为主要原因为隔直电容容量不足，电网电压波动导致电容器电压上升过快。整流二极管耐压水平开始设为3400V，快速旁路开关的启动电压为2600V，耐压有800V的余度，但当电网电压波动时还是会将整流二极管击穿。针对以上问题提出改进措施：
（1）增加隔直电容器的容量，缓解变压器中性点电压上升速率，解决整流桥过电压问题。
（2）配合电容器容量的增加，降低隔直装置快速旁路开关的触发电压。
（3）改变内部接线，将内部缓冲电抗器由整流桥内移至整流桥外，电网电压波动时，电感可缓冲对整流桥二极管的冲击。
2.4电力系统故障导致电源板损坏异常
2017年8月20日，特高压变电站一条500ｋＶ线路发生Ｃ相瞬时接地故障（近区2.4ｋｍ，故障电流47ｋＡ）。此为近距离故障，故障电流大，主变中性点电流足够大，1号、2号主变中性点隔直装置快速旁路开关动作，改为直接接地运行，系统故障电流消失后，经延时，1号主变中性点隔直装置恢复电容接地方式运行，2号主变中性点隔直装置未能自动恢复至电容接地运行方式。经现场检查发现，隔直装置测控模块失电，从而无法读取动作时的相关装置信息。隔直装置总电源正常，屏后测控装置空开跳开，现场试合失败后，进一步检查发现测控装置电源回路电阻仅0.9Ω，怀疑电源板在电网故障隔直电容两端电压升高时被击穿损坏，将测控装置电源板接线拆除后，空开试送成功，因此可确认电源板损坏。更换新的电源板后恢复正常。针对以上问题提出改进措施：隔直装置测控模块设计时选用质量优良的电源板，在系统故障电压波动时电源板不至于被击穿，保证系统接地故障时隔直装置快速旁路开关正确动作直接接地，故障消失后变压器中性点可自动恢复电容接地。
结语
电容器隔直装置对电力系统直流偏磁问题有较好的抑制作用。电容器隔直装置已在电力系统得以广泛采用，但在实际运行当中尚存在一些问题，本文针对运行中的问题分别提出了解决方案及建议，以保证隔直装置安全稳定运行。
参考文献：
［1］陈正龙．500KV变压器中性点加装隔直装置的应用分析［J］．科学与技术，2014（9）．
［2］孙杨，王旋．特高压宾金直流直流偏磁问题分析［J］．现代制造，2015（30）：1-4．
论文作者:杨涛
论文发表刊物:《河南电力》2018年24期
论文发表时间:2019/8/21
标签：变压器论文; 装置论文; 电流论文; 电容器论文; 电容论文; 旁路论文; 电压论文; 《河南电力》2018年24期论文;