电容隔直技术在机组变压器中的应用

摘要：文章根据对直流偏磁概念及其成因的分析，进行了直流偏磁电流的仿真计算，并利用电容器隔直通交的特性，在机组变压器安装电容隔直装置消除直流偏磁电流，以解决直流偏磁电流对变压器的危害。

关键词：直流偏磁；电容隔直技术；发电厂；发电机组；变压器 文献标识码：A

中图分类号：TM761 文章编号：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”是指变压器的磁通和磁动势含有直流分量的现象。直流分量对机组变压器的正常运行将产生危害，如增加高次谐波成分，导致铁心高度饱和从而引起漏磁通的增加，带来变压器局部过热、绝缘介质老化等问题。产生直流偏磁的成因有以下两个：一是太阳等离子风的动态变化与地磁场相互作用产生的地磁“风暴”。作用于中性点接地的变压器时，将在其绕组中诱发地磁感应电流，与50Hz的交流系统相比较，可看作近似的直流；二是采用单极大地回路的直流输电线路与交流网络中存在非线性元件产生的直流分量，在控制不对称的直流输电系统以及相关变频器系统中，变压器绕组均含有直流分量。

2 直流偏磁电流的仿真分析

2.1 交流系统网络等值电路

本文所选取的环形220kV交流网络为M电厂→A电站→B电站→K电站220kV侧→C电站→M电厂，如图1（a）所示。对所选取的交流网络模型进行等值电路的转换，根据等值电路在PSCAD中建立模型，等值电路如图1（b）所示。

2.2 中性点直流电流仿真模型

根据环形交流网络的等值电路，可以估算各厂站到接地电极的距离，如表1所示。进一步求得M电厂站变压器所处位置的地表电位，结果如图2所示。

根据图2可得M电厂站处地表电势大小为20V（考虑误差因素大概估算范围）。再结合相关变电站主变参数，如表2所示。设置PSCAD/EMTDC软件仿真参数，搭建模型如图3所示。

3 直流偏磁电流实测情况

以M电厂#1主变为例，根据2012～2014年运行记录（见表3），当直流输电系统单极运行时，#1主变中性点产生的直流分量高达59A。

根据对监测数据的分析，#1主变中性点通常在约±7A的直流偏磁电流，基本每天凌晨00∶00～06∶00时间段该电流消失，06∶00～24∶00该电流在±7A上下快速波动，整体直流偏磁电流情况比较严重。

4 电容隔直装置技术的应用与实施

根据掌握M电厂直流偏磁电流的特点和基本情况。在接地极与变压器中性点之间串入电容器，由于电容有“隔直通交”的作用，能有效消除变压器中性点的直流电流，不影响交流电流正常流通。从合理性和经济性考虑，M电厂采用3台主变共用1台电容隔直装置接入方式，通过简单的接地刀切换实现3台主变接地方案的转换（如图4所示）。在#1主变场地处加装1台电容隔直装置，当#1变通过电容接地时，#2、#3号主变接地刀闸断开；当#2主变通过电容接地时，#1、#3号主变接地刀闸断开；当#3主变通过电容接地时，#1、#2主变接地刀闸断开。

电容隔直装置主要由电容器、旁路系统及监控装置组成，如图5所示：

当变压器中性点直流偏磁电流越限值并维持一定时限后，电容隔直装置测控系统会自动打开旁路开关，将变压器中的直流电流有效隔断。若有不对称短路故障发生在交流系统中，零序电流会促使电容器端电压升高，超过越限值后，装置旁路双向晶闸管立即触发导通，与此同时给出旁路开关合闸指令。旁路开关属于机械设备，它的合闸动作时间比晶闸管电子导通时间长，因此故障电流先是由晶闸管旁路流向大地，从而实现保护电容器。当旁路开关合闸后，故障电流将由晶闸管旁路转移到旁路开关流入地面。当有一台或两台主变在检修状态时，隔直装置应能顺利将检修状态主变相关刀闸闭锁，并保证正在运行的主变能够及时投入隔直装置。主变接地刀闸的闭锁要符合“先合后分”的原则。

5 结语

主变电容隔直装置改造项目产生的经济和社会效益主要体现在以下方面：

第一，利用电容隔直装置阻隔直流偏磁电流在主变中性点的流通，有效抑制主变中性点直流偏磁电流（见图6）。可防止因变压器直流偏磁引发的相关故障：比如因谐振导致电容器组损坏，造成变压器振动加剧和过热，保护误动作等事故。

第二，解决变压器直流偏磁问题的同时，减少了因其导致的电力谐波，可改进电网的电能质量，降低谐波导致的有功无功损耗，对改善供电质量、节能降耗有重要作用。

作者简介：黄颖（1985-），女，广东揭西人，惠州天然气发电公司电气工程师，研究方向：发电企业电气设备维护。

（责任编辑：蒋建华）