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摘要：高压直流输电技术在远距离、大容量、多区域电力供应的过程中，发挥着越来越重要的作用。基于此，本文首先介绍了220kV变压器中性点电容型隔直装置的技术原理，其次分析了当前220kV变压器应用过程中出现的问题，最后针对这些问题,提出优化220kV变压器中性点电容型隔直装置配置的对策，以提高变电站运行的安全性。
关键词：220kV变压器；中性点电容隔直装置
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。变压器中性点电容型隔直装置，是保障变压器安全运行的重要装置。其主要组成部分有：电容器组、旁路并联开关、电抗装置、反向并联晶闸管、触发装置、交流电感应器DCCT1、直流电感应装置DCCT2、直流电压转换器PT1、PT2，交流电流互感器ACCT等。
一、220kV变压器中性点电容型隔直装置技术
中性点电容型隔直装置，如图1所示，利用“电容器”的隔离作用，将通过220kV变压器的交流电与直流电分开。220kV变压器中性点电容的接入，能够将通过变压器中性点的直流电消除，并能保障交流电在220kV变压器中性点的正常通行。在变电系统运行良好时，220kV变压器中性点直接接地，即电容器的装置方式为——与220kV变压器中性点开关旁路并联，如图2所示。如果变电系统运行出现异常，有直流电通过220kV变压器中性点，电容器就会自动接入中性点。如果异常情况比较严重，发生短路、雷击、打火等现象，电容器会迅速接入旁路，使发生故障的电流绕过220kV变压器，通过旁路保护装置直接接地。
图1 220kV变压器 图2 变压器中性点接地装置
二、220kV变压器中性点电容型隔直装置运行中存在的问题
第一，单极大地回路运行问题。直流电与交流电分流异常，侵入220kV变压器，就会导致220kV变压器磁通信偏向时间轴一侧，产生偏磁现象。直流电流在通过中性点电容型隔直装置时，单极大地回路运行故障，会导致接地220kV变压器中性点产生电位差。
第二，中性点过电压问题。大部分220kV变压器都在过饱和的状态下运行，直流电进入220kV变压器，会导致220kV变压器的铁芯磁化曲率上升，使得220kV变压器饱和现象加剧，内部温度显著上升，噪声加剧，运行稳定性下降。这对220kV变压器金属部件的使用寿命损害极大。
三、优化220kV变压器中性点电容型隔直装置配置的方式
（一）设计方案
从上文叙述可知，避免直流电进入220kV变压器，是中性点电容型隔直装置配置的主要目的。220kV变压器中性点电容型隔直装置的优化，就是要在现有运行状况的基础上，对隔离装置运行状况进行监测，自动调整电容装置连接方式，在不同的电流电阻环境下，选择最适合的接地方式，将进入220kV变压器的直流电控制在最小的范围内，以减少HDC直流输电系统单极运行时，对220kV变压器的影响。
因而，要想优化220kV变压器中性点电容型隔直装置，就要建立变压器中性点直流电流的等效电路，优化电容“非通即阻”混合整数规划的流程算法，利用智能温度检测设备与电流电控设备，执行流程算法的最优结果，提高220kV变压器中性点电容型隔直装置运行的智能性与准确性。
（二）仿真实验过程
本文选取A、B、C、D、E五个地区的变电站，作为实验观测样本，分别对样本变电站的中性点电流（I1）、装置投入优化后的中性点电流（I2）进行观测。观测结果如下：
表1 仿真实验结果观测表
注释：观测结果中的电流方向，以大地流向变压器为正方向
（三）数据分析
从观测数据可以看出，安装220kV变压器中性点电容型隔直装置的变电站，在加装智能控温设备与电流电控设备，执行流程算法的最优结果之后，观测到进入变压器的直电流约为0，下降比例为100%。证明该优化设计方案执行有效。从数值上看，直流电下降非常明显，无论是正向电流还是负向电流，基本都被电容型隔直装置有效隔离。装置优化后的安装220kV变压器，基本不存在电流偏磁现象。
研究人员在进一步对观测结果进行分析时发现，变电站A在执行优化方案之后，检测到的中性点电流（I2）为0.02。研究人员调查该变压器检修记录发现，A站的220kV变压器稳定性较差，经过多次维修之后仍有振动现象。因而，工作人员可以尝试对变压器进行垫片加固，降低稳定性问题对电容型隔直装置的影响。
变电站B在执行优化方案之后，检测到的中性点电流（I2）为0.01。经实地调查走访发现，这种现象是由当地超高温的天气情况导致的。因而，在后续优化装置方案的升级过程中，可以尝试提高智能控温系统的控制效果，以更好的解决直流偏磁问题。
（四）优化建议
1、优化数学模型
220kV变压器中性点电容型隔直装置技术的优化问题，实质上是“0-1”混合整数规划的“非通即阻”问题。从本次优化实验可知，简化电路模型，优化电流分布方式，优化换流站与变电站之间的等效抗阻，是提升220kV变压器中性点电容型隔直装置效果的有效方式。
2、优化算法流程
工作人员可以采用遗传算法、粒子群算法，处理新建数学模型中，“0-1”离散二进制规划问题。将220kV变压器中性点电容型隔直装置中，直流电粒子速度迭代过程，加入遗传算法中的交叉变异过程，以求得最优解。
结论：综上所述，220kV变压器中性点电容型隔直装置技术的优化，能够有效解决直流偏磁现象，显著提升变压器运行的稳定性，提升变电站的安全系数。从本文的分析可知，探讨变压器中性点电容型隔直装置技术及优化配置，有助于我们更好的分析当前中性点电容型隔直装置中存在的问题，多角度、多层次的进行技术优化与配置升级。因而，我们要加强相关研究实验，保障变电站的安全。
参考文献：
[1]刘顺强.隔直装置“自动控制闭锁”逻辑的分析探讨[J].黑龙江科技信息,2016(17):49.
[2]冯正伟,汪铭峰,金春山.电容型隔直装置对电网设备及线路保护的影响分析[J].东北电力技术,2015,36(08):27-31.
论文作者:聂宇欢
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/5/9
标签：变压器论文; 装置论文; 电容论文; 电流论文; 直流电论文; 变电站论文; 算法论文; 《基层建设》2019年第5期论文;