電容隔直技術在機組變壓器中的應用

摘要：文章根據對直流偏磁概念及其成因的分析，進行了直流偏磁電流的仿真計算，并利用電容器隔直通交的特性，在機組變壓器安裝電容隔直裝置消除直流偏磁電流，以解決直流偏磁電流對變壓器的危害。

關鍵詞：直流偏磁；電容隔直技術；發電廠；發電機組；變壓器 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM761 文章編號：1009-2374（2016）14-0051-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.14.026

1 直流偏磁概念及其成因

“直流偏磁”是指變壓器的磁通和磁動勢含有直流分量的現象。直流分量對機組變壓器的正常運行將產生危害，如增加高次諧波成分，導致鐵心高度飽和從而引起漏磁通的增加，帶來變壓器局部過熱、絕緣介質老化等問題。產生直流偏磁的成因有以下兩個：一是太陽等離子風的動態變化與地磁場相互作用產生的地磁“風暴”。作用于中性點接地的變壓器時，將在其繞組中誘發地磁感應電流，與50Hz的交流系統相比較，可看作近似的直流；二是采用單極大地回路的直流輸電線路與交流網絡中存在非線性元件產生的直流分量，在控制不對稱的直流輸電系統以及相關變頻器系統中，變壓器繞組均含有直流分量。

2 直流偏磁電流的仿真分析

2.1 交流系統網絡等值電路

本文所選取的環形220kV交流網絡為M電廠→A電站→B電站→K電站220kV側→C電站→M電廠，如圖1（a）所示。對所選取的交流網絡模型進行等值電路的轉換，根據等值電路在PSCAD中建立模型，等值電路如圖1（b）所示。

2.2 中性點直流電流仿真模型

根據環形交流網絡的等值電路，可以估算各廠站到接地電極的距離，如表1所示。進一步求得M電廠站變壓器所處位置的地表電位，結果如圖2所示。

根據圖2可得M電廠站處地表電勢大小為20V（考慮誤差因素大概估算范圍）。再結合相關變電站主變參數，如表2所示。設置PSCAD/EMTDC軟件仿真參數，搭建模型如圖3所示。

3 直流偏磁電流實測情況

以M電廠#1主變為例，根據2012～2014年運行記錄（見表3），當直流輸電系統單極運行時，#1主變中性點產生的直流分量高達59A。

根據對監測數據的分析，#1主變中性點通常在約±7A的直流偏磁電流，基本每天凌晨00∶00～06∶00時間段該電流消失，06∶00～24∶00該電流在±7A上下快速波動，整體直流偏磁電流情況比較嚴重。

4 電容隔直裝置技術的應用與實施

根據掌握M電廠直流偏磁電流的特點和基本情況。在接地極與變壓器中性點之間串入電容器，由于電容有“隔直通交”的作用，能有效消除變壓器中性點的直流電流，不影響交流電流正常流通。從合理性和經濟性考慮，M電廠采用3臺主變共用1臺電容隔直裝置接入方式，通過簡單的接地刀切換實現3臺主變接地方案的轉換（如圖4所示）。在#1主變場地處加裝1臺電容隔直裝置，當#1變通過電容接地時，#2、#3號主變接地刀閘斷開；當#2主變通過電容接地時，#1、#3號主變接地刀閘斷開；當#3主變通過電容接地時，#1、#2主變接地刀閘斷開。

電容隔直裝置主要由電容器、旁路系統及監控裝置組成，如圖5所示：

當變壓器中性點直流偏磁電流越限值并維持一定時限后，電容隔直裝置測控系統會自動打開旁路開關，將變壓器中的直流電流有效隔斷。若有不對稱短路故障發生在交流系統中，零序電流會促使電容器端電壓升高，超過越限值后，裝置旁路雙向晶閘管立即觸發導通，與此同時給出旁路開關合閘指令。旁路開關屬于機械設備，它的合閘動作時間比晶閘管電子導通時間長，因此故障電流先是由晶閘管旁路流向大地，從而實現保護電容器。當旁路開關合閘后，故障電流將由晶閘管旁路轉移到旁路開關流入地面。當有一臺或兩臺主變在檢修狀態時，隔直裝置應能順利將檢修狀態主變相關刀閘閉鎖，并保證正在運行的主變能夠及時投入隔直裝置。主變接地刀閘的閉鎖要符合“先合后分”的原則。

5 結語

主變電容隔直裝置改造項目產生的經濟和社會效益主要體現在以下方面：

第一，利用電容隔直裝置阻隔直流偏磁電流在主變中性點的流通，有效抑制主變中性點直流偏磁電流（見圖6）。可防止因變壓器直流偏磁引發的相關故障：比如因諧振導致電容器組損壞，造成變壓器振動加劇和過熱，保護誤動作等事故。

第二，解決變壓器直流偏磁問題的同時，減少了因其導致的電力諧波，可改進電網的電能質量，降低諧波導致的有功無功損耗，對改善供電質量、節能降耗有重要作用。

作者簡介：黃穎（1985-），女，廣東揭西人，惠州天然氣發電公司電氣工程師，研究方向：發電企業電氣設備維護。

（責任編輯：蔣建華）