變壓器中性點直流電流影響及抑制措施

陳賢

摘 要：本文主要針對變壓器中性點中直流電流的影響作出研究與分析，并介紹了幾種抑制措施。

關鍵詞：變壓器；中性點；直流電流；影響；措施

前言：隨著我國電力行業的迅速發展，大容量、長距離的高壓直流輸電成為解決現代電力需求矛盾的主要辦法。在直流電雙極不平衡方式或者單級大地回路方式運行時，大地中流過的巨大直流電流會對附近的交流系統產生影響，特別是會對接地極附近中性點直接接地變壓器產生比較嚴重的直流偏磁，這不僅增加了變壓器的無功消耗，影響變壓器的正常運行，引起繼電保護誤動，而且引起的諧波大幅升高也會對其他電氣設備產生較大影響，從而直接影響到變電站、發電廠的安全運行[1]。因此，由直流電流引起的變壓器直流偏磁成為電力系統急需研究解決的問題。

一、變壓器中性點直流電流的形成與影響

在我國高壓直流輸電的幾乎都是雙極中性點單端接地方式的系統。雖然正常運行時兩極電流相等，地回路中的電流為零，但是只要是運行過程中兩極的電流不相等，接地極都會有電流流過，在直流輸電線路和大地間形成回路。在我國，110kV及以上電壓等級系統中性點采取直接接地。如果出于不同地點的變電站的中性點電位被不同程度的抬高，則直流電流將通過大地和交流線路，由一個變壓器中性點流入，在另一個變壓器中性點流出[2]。其中流經兩臺中性點接地的變壓器的直流電流分量，取決于兩臺變壓器所在點的電位，變電站接地電阻、變壓器繞組直流電阻和線路的直流電阻等因素，當流過變壓器每相繞組的直流電流增大達到一定程度時，必然會引起鐵心磁飽和，從而導致勵磁電流波形發生畸變，從而引起變壓器發生直流偏磁。我國許多直流輸電接地極額定電流高達3KA，必然影響極址周邊中性點接地變壓器的正常工作。

變壓器中性點流入直流電流時，產生直流偏磁的勵磁特性曲線和輸出電流變化情況如圖1所示。圖1（a）所示為鐵芯磁通曲線，圖1（b）為變壓器磁化曲線，圖1（c）為勵磁電流曲線。從圖中可以看出，當有直流分量流入繞組時，磁路工作在磁化曲線的非線性段，勵磁電流波形將會發生嚴重畸變，且畸變程度會隨著鐵芯飽和程度的加深而愈發嚴重[3，4]。

二、變壓器中性點直流電流的解決措施

（一）主變壓器中性點裝設電容隔直裝置。電容隔直裝置的組成結構如圖2所示。本裝置主要由電容器、機械旁路開關和快速旁路回路三者并聯組成，接于變壓器中性點和地之間。在沒有直流電流流經變壓器中性點時，機械旁路開關為合上位置。當檢測到流經變壓器中性點的直流電流超過限值時，機械旁路開關自動斷開，將電容器串入變壓器中性點與地網之間，利用電容“隔直通交”的特點，有效隔斷流過變壓器中性線的直流電流。一旦檢測到流經變壓器中性點的交流電流超過限值或者電容器組兩端電壓超限時，裝置控制器即判斷為交流電網發生不對稱短路故障，晶閘管立即觸發導通，同時機械旁路開關轉為合上位置，保證變壓器中性點可靠接地。電容隔直裝置的優點是為無源方式，安全性較高，隔直效率高，對系統繼電保護的影響很小，與直流注入法比較，運行維護方便。

（二）反方向注入電流法。反方向注入電流法是指在變壓器中產生反方向的直流電流，以抵消或削弱地中直流流入變壓器產生的偏磁，反向直流電源一般放置在變電站里的主要接地網和遠方接地極內，主要檢測流經變壓器中性點的電流值及方向，從而得出具體數據與資料，控制直流電源的輸出和和它相像的反向直流電，使流經電壓器中性點的電流值得到減小。反向直流電源中限制流電抗器的主要作用是讓交流電網側的差異與不對稱的短路電流流經該裝置時下降，主要以遠方地極提供裝置輸出的直流電作為返回的方式。反向直流電源還有很強的監控功能，安裝過程和運轉非常方便簡單。但在使用反向直流電源的裝置時還要考慮到一系列問題，比如說交流電壓對直流電源的影響以及直流電源需要使用什么補償效率等等問題。反向直流電源裝置示意如圖3所示。

（三）中性點串聯電阻。中性點串聯電阻即在變壓器中性點和地之間串入一定阻值的電阻，可以使得中性點流入的直流電流明顯減小，達到工程上可以接受的程度，其原理如圖4所示。串接電阻法可以改變直流電流的分布，從而減小中性點電流的超標程度并達到抑制直流偏磁的目的，電阻串入的同時，變壓器中性點對地電位也隨之升高。因此，串聯的電阻具有低阻值、大容量的特點，一般為幾個歐姆。同時，變壓器中性點的絕緣水平也需進行論證核算。中性點串聯小電阻接地改變了系統的零序阻抗，因此，也需要對相關保護和自動化裝置的整定重新做校核計算。

總結：高壓直流輸電單極大地回路運行產生的地電流會導致變壓器直流偏磁，干擾變壓器的安全穩定運行。目前抑制流入變壓器中性點的直流量相關措施的研究主要有3種，即串接電容、注入電流法、串接電阻。電力企業在選擇接地極址時，應論證直流接地極電流是否對交流電力變壓器產生磁飽和影響，并應根據系統的運行方式采取適當的抑制措施，限制變壓器中性點的直流水平。本文對電力企業的發展具有指導性意義，增強了電力企業解決實際問題的能力，讓企業得到更快、更好的發展。

參考文獻：

[1] 王升. HVDC地電流對變壓器的影響及其抑制措施[D].華中科技大學.2010年.

[2] 鐘連宏，陸培均，仇志成，蔡漢生.直流接地極電流對中性點直接接地變壓器影響[J].高電壓技術.2003年8期.