[发明专利]用单独接地网抑制变压器中性点直流偏磁的方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于电力的发电、变电或配电领域，尤其涉及一种用于抑制变压器中性点 直流偏磁现象的紧急保护电路装置。

背景技术

随着我国经济社会的发展，高压直流(HVDC，High Voltage Direct Current)输电 系统在我国正得到越来越广泛的应用。为了实现远距离、大容量送电，将有更多超高 压乃至特高压直流工程建成并投入运行。

当直流输电系统采用单极大地回路方式运行时，巨大的直流电流与大地构成回 路。部分直流电流流经中性点接地的电力变压器等设备，在交流系统中形成回路，由 于直流偏磁效应，造成变压器铁芯高度饱和，交流电压波形严重畸变，并产生大量谐 波，导致变压器损耗增多、发热增加、噪声增大、振动增强等现象；电力变压器处于 非正常运行状态中，最终导致了对设备本身以及所在电力系统的干扰。

具体来说，经过测量和计算表明，流入变压器中性点的电流中的直流分量，会在 绕组中流动而形成直流偏磁，从而导致中性点接地的主变噪声异常。根据公式

e=-NdΦdt]]>

如果在变压器初级绕组输入一个正弦波的交流电，正弦波的交流电在变压器铁心 便产生交变磁通，交变磁通也是对称的正弦波，而在次级绕组上的感应电压除了与线 圈的匝数比有关，主要和磁通的变化率成正比。而直流电流输入变压器便产生直流磁 通，直流磁通本身是不变化的，因此不会有感应电势产生。对称的交流正弦波的磁通 产生的励磁电流很小，而且也是对称的。但如果直流磁通叠加在交流磁通上，就会在 单方向产生一个较大的励磁电流，即所谓的偏磁。直流偏磁产生的最大电流是没有直 流分量时的3倍以上，这是由于变压器磁化曲线上部的非线性所引起的，此时变压器 处于饱和或过饱和状态。励磁电流的增加使变压器产生异常噪音。

此外，直流偏磁还会增加铁心的磁滞损耗，破坏硅钢片的绝缘，加速油劣化，在 变压器金属件如夹件、拉杆、油箱等中产生附加发热，引起结构件和绝缘材料的加速 劣化，最后导致绝缘事故。

为了限制直流输电单极运行时变压器的直流偏磁效应，除了使直流接地电极远离 中性点接地的电气设备外(10千米以上)，还需要采取抑制中性点流入直流电流的措 施。目前大致有三类方案：

(1)在变压器中性点产生反方向的直流电流，以抵消或削弱流入变压器中性点的地 中直流；

(2)在变压器中性点串入电容器，利用电容器“隔直”的特性使得直流无法流入；

(3)在变压器中性点串入小阻值电阻，将中性点流入的直流限制在工程上可以接受 的程度。

方案一的设计一般是在变压器中性点装设一个直流源，根据监测到的直流电流的 大小和方向，动态地调整其设置，实时提供一个大小相等、方向相反的直流电流。公 开号为CN1592062A的中国发明专利申请“抑制变压器直流磁偏的方法及控制器”中 所公开的技术方案的思路即是采用此类方案的方法。这种方法对于网络结构清楚，并 且流入中性点的直流电流大小和方向都能准确测量时，是有效果的；但该方法受系统 结构影响较大，如果系统结构发生变化，该方法的有效性就不能够得到保证。同时该 方法的造价较高，工程量较大，运行和维护费用也需要长期投资，进一步限制了该方 法的使用。

方法二在理论上是可行的，利用电容器“隔直通交”的作用，可以消除流过变压器 中性点的直流电流，同时又不妨碍交流电流的通过。公告号为CN200976492Y的中国 实用新型专利“接地变压器中性点直流电流抑制装置”即属于该类方案。但在实际操作 中会发生一些非正常情况，例如系统发生不对称接地故障，或者变压器遭受雷击时， 变压器中性点会流过很大的电流，同时产生暂态过电压。这就对串入的电容器提出了 较高的要求，并需要提供放电间隙与之相并联。由于要求较高，该方法在工程实际中 鲜为使用。

方法三原理简单，容易实现，公开号为CN1885658A的中国发明专利申请“一种 抑制交流变压器直流偏磁电流的装置”即属于该类方案。但实际设计时要注意一些问 题：网络结构改变时要重新计算阻值，并更换电阻；系统发生故障时，变压器中性点 电位升高，产生过电压，要采取防范措施等。