基于抑制變壓器中性點直流電流的措施研究

邵云昶

【摘 要】大部分高壓直流系統電力傳輸形成的回路中，會把大地作為主要的導體，受這一方式影響，部分電流會流經電壓器的中性點，形成勵磁電流，這會影響變壓器的穩定，嚴重時可能會讓其出現損壞。基于此，應用恰當的方式預防這一情況，控制其對變壓器的影響。

【關鍵詞】變壓器；中性點直流電流；電容隔離裝置

0 引言

高壓外輸電系統以大地為媒介進行回流后，可能出現單極或雙極不協調的情況，電流輸出受此影響，將出現直流偏磁，然后出現諧波、震動、讓變壓器升溫等，如果出現嚴重的情況，變壓器的正常運行會受到影響，使保護裝置做出錯誤的行為。

1 主變壓器中性點直流電形成的原因與影響

如果主變壓器處于雙極不平衡的狀態，并用單極的方式形成電回路，部分直流會直接流入土地，各個電路連接后，會形成大范圍的電流磁場，這個磁場中，部分交流電站與直流電站的點重合，所以交流電的接地網會形成電磁差，如果差距越來越大，直流、交流的電勢差也隨之擴大，并把中性點、交流線等位置連接，形成回路。又因為線路主要變壓器的中性點就在這個線路內，所以直流電從回路流回后，必然會進入變壓器。即某市變電站的線路電壓是220kV，它在站內所有中性點上都安裝了直流互感器，該設備的作用是，監測線路中是否有直流電，經過實際檢測后，發現線路中的直流電為80A，超過額定標準。故這個問題的出現， 會直接影響電流的穩定，變壓器無法正常運行[1]。

變壓器受到危害后，可能出現的結果是：變壓器有較大的噪聲，出現大的振動，變壓器因受直流電影響，勵磁電流改變，讓電流輸送中出現了諧波電流，讓變壓器內部的零件伸縮，引起振動，振動一段時間后，可能會讓設備內其他元件的固定松動，引發脫落；增加了變壓器的損耗，隨著勵磁電流的增加，變壓器需要更多的銅耗，同時也增加了設備的透磁量，形成渦流損耗；無功功率損耗增加，當勵磁電流之后，并在系統電流的90°后，會讓電路產生無功損耗，正常情況下損耗較小，但一旦直流電經過中性點，無功功率產生的損耗就會增加。

2 抑制變壓器中性點直流電流的策略與措施

2.1 策略

為控制這一情況的出現，我們可以從兩點入手，第一點是主動處理，第二點是被動應對。前者是改變電極的位置，并變更變電站的選擇的地址，或是把某個電極放到數個直流系統內，優化變壓器的性能，這些是可選擇的主動措施。但其實際情況是，交流電電流的負荷并不穩定，與直流電的電極不易接觸，同時，大多數廠家都無法生產出高強度的直流電，故這些方式還停留在理論層面上，尚無法在實際處理中使用。后者是被動策略，即控制電勢差，以及流經主變壓器電流的大小，這一方式使用的環境在線路中加入反向的直流電，用直流電的運行調整直流、交流電站接地網的電勢差，減小電流；控制直流電輸出的電流，進行中性點的阻隔，這個方法已經在我國某些省份使用，它的處理方式是，介于中性點和接地網的中間，放入電容器，電容器的作用是流通交流電，阻止直流電的流通，借助電容器的使用，直流電基本不會進入電容器；把容量過大的直流電拆分，控制電流分流的大小，控制影響。它的操作是減小接地線的電阻，把部分直流從地線流出，這讓流出的直流電明顯減少，又因為直流電進入變壓器的路徑是相線，所以，控制直流電阻的大小，可減少部分電流量，把流量分散[2]。

2.2 措施

2.2.1 安裝電容隔離裝置

這個裝置是用并聯的方式連接，依次是電容器、機械旁路的開關與快速旁路形成的回路，具體安裝的位置是中性點、大地的中間。其電路的設計方式是：在整個線路的外部，設有負責遠程監控的計算機，它從數字控制器得到數據，而兩者的連接方式是光纜，數字控制器與其他設備的連接有旁路開關、晶閘管等，這些設備均由數字控制器控制，如果線路中旁路開關、晶閘管同時閉合，隔絕設備直接接地，隔絕直流電。此時，隔離裝置可以正常使用，而流入中性點的直流電也在限定的電流內，所有裝置均處于工作狀態，但如果旁路開關并未打開，電容器直接和中性點相連，這會讓直流電直接流入電容器，不會經過中性點，此時裝置正阻隔直流電。其從接地變為直流電的狀態是，中性點的直流超過既定標準，電流增加。

該裝置除可以隔斷電流外，也可以監控電流的變化，即站內會用計算機隨時監測裝置每個部位零件的運行情況，并把它們的運行狀態顯示在計算機的屏幕上，標出直流電的強度。如果安裝電容器后，中性點依然發生故障，就會有較大直流電的輸出，形成較大伏值的電壓，讓電容器兩側的電壓超出范圍，此時，可用電流旁路保護電容，以控制電壓的大小。如此，避免了大容量電容器的使用，縮小了裝置占據的空間，控制成本的投入與使用，而這也可以保證中性點絕緣結構的完好，預防絕緣結構被破壞引發電流外泄，為變壓器的運行營造一個安全的環境。這個方法的優勢是，實現無源連接，有較高的安全性，可以達到良好的隔直效果，不會對系統造成較大的影響，便于日常維護[3]。

2.2.2 反方向注入電流法

用這一方法處理，是在變壓器的運行中向相反的方向輸入直流電，借助兩個方向直流電的輸出，全部抵消或是削弱直流電輸出后形成的電流偏磁。反向電流所在的位置是站內的接地網，以及距離變電站較遠的接地極內，作用是測定經過中性點的直流電數值，與它流動的方向。其裝置具體的連接方式是，連接變電站接地網與補償接地極，連接的線路中會安裝限流電抗器與直流發生裝置，隨后這條線路與變壓器連接，并用監測裝置監測直流電。經過查閱相關資料，可得出，控制正向和反向直流電的流通，可消減經過中性點的電流值，而裝置中電抗器發揮的作用是，縮小交流電網的電勢差，控制不對稱電流對中性點的影響，反向直流電輸出的源頭是補償接地極。同時，反向直流電輸出后，可把正向直流電的信息傳輸到監測裝置中，便利安裝、運行。但其實際使用中需注意的是，交流電壓給直流電帶來的影響，直流電源應采用的補償方式，這些問題的解決，能夠讓裝置的運行取得良好的效果。

2.2.3 中性點串聯電阻

它的處理方式是，介于中性點和和入地之間，增加設定阻值的電阻，作用是讓某些中性點流經的直流電變小，控制在額定范圍內。其連接方式是，確定變電站A與B的位置，按照正負極的方向設置直流電形成的差位，并用并聯的方式連接大地的直流電阻，以及變壓器產生的電阻，兩站與大地的直流電阻連接的線路中，分別設有各自的接地電阻，但變電站A會額外設置一個中性點的串接電阻器。該連接方式實際運行后，可用改變電阻的方式，讓直流電均衡分布在各個位置，既預防其超標，也可以防止偏磁。所以串聯電阻的阻值偏低，但可以吸收流經的電流和電阻，且中性點是否有良好的絕緣性，也得到了認證。這個方式優勢是，提升了系統的阻抗能力。

3 結語

抑制變壓器中性點的直流電流，需客觀分析形成直流勵磁的原因，了解它帶來的危害，并運用安裝電容隔離裝置、反方向注入電流法等，解決這一問題。但不應只局限這幾種方法，而是不斷研究，在原有方法的基礎上研究出新的方法。

【參考文獻】

[1]王婷，張侃君，文博，陳堃. 大型變壓器中性點串接抑制直流電流電容后對繼電保護影響分析[J].中國電力，2017，50（07）：164-168+174.

[2]劉召，張輝，印永華，熊敏，張金平，王俊永.變壓器中性點直流電流抑制裝置的試驗分析[J].智能電網，2015，3（07）：640-645.

[3]郝桂芹.直流偏磁變壓器消耗無功的計算[J].廣西電力，2013，36（03）：9-11+51.endprint