变压器直流偏磁抑制措施的经济技术分析

邵武刚

摘 要：文章简单介绍了小电阻法、电容隔直法、电位补偿法及直流电流注入法四种直流偏磁电流的抑制方法；对这些方法的优点、缺点进行分析与比较，对于不同的场合、不同的技术要求给予了不同方法的选择建议。文章可用于学者研究交流系统抑制直流偏磁电流措施的参考。

关键词：直流输电；变压器；直流偏磁；抑制；比较

直流输电系统单极大地回线方式是一种故障应急运行方式，当直流输电系统某极发生故障时，常采用此方法进行应急处置。这种大地回流方式经常会有发生，难以避免，一般用于单极建成初期的运行，是导致交流电网中性点接地变压器产生直流偏磁的主要原因。这种事故发生会带来一系列的问题，例如，主变噪声、波形畸变、主变故障和电容器组损坏等。因此，对于变压器直流偏磁问题的抑制措施的研究十分重要，这种措施技术在交流系统中有重要的应用价值。以下对直流偏磁电流抑制方法进行简单说明与对比。

为了避免接地变压器由于中性点流入直流电流导致的直流偏磁问题，常采用以下几种方法来进行控制。

1 串小电阻法

这种方法是通过串入限流小电阻来保护高电压旁路的过程，这个小电阻要串联在变压器中性点与变电站地网之间。这种方法的优点主要有两点，一是投资小，费用较低；二是此装置为无源装置，结构相对简单，安装、运行与维护都比较容易。这种方法的缺点相对较多，主要表现在以下几方面：一是此方法不能消除中性点的直流电流；二是有些系统内，串联的电阻阻值较大，会导致变压器中性点接地效果不好；三是中性点串入电阻，影响系统的零序参数，从而影响继电保护；四是电阻的串入，也影响着方向保护的灵敏度；五是当系统故障时，采用旁路装置对该电阻旁路，则会造成系统接地阻抗不连续，从而导致继电保护配置复杂化；六是当电网系统结构发生变化时，例如增加或减少变压器等，就需要重新计算接地电阻值，更换串接电阻。

2 直流电流反向注入法

这种方法通过改变变压器中性点电位以全部或部分消除流入变压器绕阻的直流电流，操作方式是通过在变压器中性点串入一个可控反向直流电流源、在变电站地网与辅助接地极之间注入直流电流来完成。从根本的原理上说，还是通过改变变压器中性点直流电位来完成。这种方法的优点较多，主要表现在以下几方面：一是因为在变压器中心点与地网之间没有串入其他设备，所以可以保证变压器中心点可靠接地，不会发生过电压状况；二是不会影响系统现有的保护配置；三是反向电流的注入具有灵活性，可以针对不同的中性点流入的直流电流值，动态地选择注入不同的反向电流。这种方法的缺点主要为：一是造价高，费用大；二是需要连接电源，较无源方式的可靠性差；三是必须在变电站外建造独立的接地级，工程量大，施工困难，安装运行维护都比较困难。

3 中性点电容隔直法

这种方法是通过在变压器中性点与接地极之间串入电容器来实现的，通常称为中性点串电容法。电容器的主要作用为隔离直流，使通交流，所以通过此方法串联电容器后，可以消除流过变压器的直流电流，而且对于交流电流的连接也不影响。

下面简单介绍一下此方法的基本原理：将电流旁路装置与电容器并联，当电容器两端电压过高，超过规定限值时，或是流过电容器的电流超过最大限值时，则会使并联的电流旁路装置连通，使电容器两端短接，从而起到降压与分流的作用，这样能够保护电容器不被高压或大电流损坏。当电力系统恢复正常后，电流旁路装置便会自动复位，使电容器重新恢复正常运行。此方法的优点主要为：一是装置为无源装置，安全性较高；二是隔直效率高，效果好；三是对系统继电保护的影响很小；四是能够确保变压器中心点为小阻抗接地，通过旁路保护措施可有效防止变压器中心点发生过电压事故；五是与直流电流注入法比较，运行维护方便。这种方法的缺点是：电容器的旁路保护系统较复杂。当发生交流系统短路故障，或雷击等系统故障时，变压器中性点会流过很大的电流，这时就要采取有效的保护措施，防止产生幅值很高的过电压损坏电容器。所以说，为了保证变压器和隔直电容器可靠安全的运行，必须要为隔直电容器配置一套可靠的有效的旁路保护系统。

4 电位补偿法

这种方法需要在变压器中性线中间串联一个0.5-2.0欧姆的小电阻，再通过外部的可控电源控制此电阻的电流，使形成直流电位，通过调节变压器中性点的直流电位，达到减少通过变压器绕阻的直流电流的目的，并且此电阻也需要有保护旁路。电位补偿法可以说是揉合了以上三种方法的特点，例如它有固定值的小电阻、需要额外的直流电流电源及保护旁路装置。这种方法的优点主要体现在以下几个方面：一是所采用的小电阻阻值比串小电阻法的小，其对继电保护的可能影响也较串小电阻法小，对于雷击时变压器中性点，电位的变化也相对较小；二是在保持变压器中性点有效接地的同时，能完全消除变压器中性点直流电流；三是此方法需要配置直流电流源，属有源装置，但与直流电流反向注入法相比，无需另建辅助接地极（网），因而不存在辅助接地极入地电流对周边环境的影响，其电流源容量通常小于直流电流反向注入法。同时，这种方法也存在一些缺点：一是若取最小电阻，即0.5欧姆的电阻，则要求其对其电流承受能力相当强，造价会相对较高；若选择电阻相对较大，即2欧姆的电阻，则仍然无法避免其对系统零序参数的影响，进而影响继电保护的整定，方向保护的灵敏度等。二是此方法仍然需具备旁路保护装置。三是此方法可靠性较无源方式差；四是由于电阻抗直流电流能力强，对其质量、造价要求会较高，总体造价较直流电流注入法低，但比其他两种方法高。

5 综合比较

以上4 种直流偏磁电流的抑制方法，从接入方式上可以分成2类：第一类是小电阻法、电容隔直法、电位补偿法，这3种方法均需在在变压器中性点与变电站地网间串入设备；第二类是直流电流注入法，此方法不改变变压器中性点原来的接地方式。

5.1 小电阻法、电容隔直法、电位补偿法的比较

对于第一类的这三种抑制方法，共同点是均需要串入电阻设备，且串入的设备也都需要做旁路保护。就单从旁路保护的安全可靠性方面来说，三种方法的旁路保护要求基本一致，即对于小电阻法使用的可靠的旁路保护系统，也可用于电容隔直法的旁路系统。但事實并非如此，这两种方法的旁路保护系统的技术要求、技术条件不一致，自然难以使其达到一致的可靠性与安全性。对于不同的方法，当我们要求其旁路系统达到一致的技术条件和安全可靠性时，对比第一类的三种抑制方法，使用电容器隔直法来抑制直流偏磁电流是最佳的选择。

5.2 抑制措施比较小结

在500kV变电站，基于变压器的重要性及运行规程，推荐采用直流电流注入法；在220kV变电站则推荐采用电容隔直装置。

（1）“直流偏磁抑制措施的研究”部分分析比较了四种抑制方法，推荐使用电容隔直法，而直流电流注入法可用于特殊要求的场合；作者开发研制投运的阻容抑直装置提供了一种更加简单、经济、安全、高效的直流偏磁电流抑制方案。

（2）就直流电流注入法和电容隔直法两种方法比较，各有优劣。应针对不同的应用场合选择不同的抑制措施。在500kV变电站，基于变压器的重要性及运行规程，推荐采用直流电流注入法，当然应考虑安装接地极的可能性；在220kV变电站则推荐采用电容隔直装置。

5.3 结束语

需根据不同的场合、不同的特点、不同的使用要求，选择适宜的方法，来抑制变压器直流偏磁电流，即满足电力生产的安全性要求，又达到简单、经济、安全、高效的目的。

参考文献

[1]薛更新，谭浩文，席晓丽，等.改善750kV变电站进出线电磁环境研究[J].2010.