变压器中性点直流电流监测系统研究

尹春梅

摘 要：文章首先简单介绍了变压器中性点直流电流产生的原因、对系统的影响，其次以实际为例，着重介绍了中性点直流电流监测系统的原理及主要构成，最后介绍了变压器中性点直流电流越上限的分析处理方法。

关键词：变压器中性点；直流电流；监测系统

中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）02-0091-01

交流电力系统内时刻都会存在一些直流电流，正常情况下这些直流电流相对较小，对系统的影响也相对较小，但在一些情况下将也会产生较大的直流电流，不仅影响了变压器的正常运行，而且可能使变压器受到严重损坏，因此在大部分超过 220 kV的变电站内其变压器的中性点上均需安装中性点直流电流互感器，主要是监测其直流电流的大小，运行中直流电流一旦超过整定值，立即发出告警提示运行人员要加强关注。

1 变压器中性点产生较大直流电流的原因

1.1 自然原因

由于自然原因如发生雷电时，将会产生一个低频电场作用于中性点接地的变压器，进而在绕组中诱发地磁感应电流，其频率很小，与50 Hz的交流系统相比较，可以近似看成直流，该直流电流持续时间短，但其数值较大。

1.2 交直流混合输电系统原因

当直流输电系统单极以大地为回线运行或双极不对称运行时，巨大的直流电流与大地构成回路，一定区域中会产生地表电流，与其并列运行的交流输电系统变电站中的变压器中性点就会受到干扰，距离直流接地极较近的变压器中性点流过直流电流将越较大，受干扰程度也越大。

1.3 交流系统内部原因

交流电网中发生非全相负荷运行或者接地短路故障时，同时将会产生瞬间较大的直流电流。

1.4 变压器中性点直流电流监测系统故障原因

当变压器中性点直流电流监测系统故障使也会导致采集到的变压器中性点直流电流较大，可包括直流传感器故障、隔离变送器故障、电源模块故障、直流信号传输过程中受到干扰、数据经以太网通讯过程中出错等情况。

2 直流大电流对系统的影响

2.1 对变压器的影响

当直流电流从变压器的中性点流经绕组时，在变压器中形成直流偏磁，导致变压器励磁电流和谐波急剧增加，损耗增大和温升增高，噪声和振动增大。

2.2 对交流系统的影响

对系统的影响主要是由变压器的偏磁饱和引起的。直流偏磁使变压器成了交流系统中的谐波源，谐波流入系统使系统电压波形畸变、滤波器过载、继电保护误动、合空载长线时产生持续过电压、单相重合闸过程中潜供电流增加和断路器恢复电压增高。

3 中性点直流电流监测系统原理及结构

下面以我站#3主变中性点直流电流测量装置为例介绍中性点直流检测系统结构和原理。中性点直流检测系统结构图，如图1所示。

3.1 #3主变中性点直流电流测量装置

本站#3主变是由三台单相自耦变压器组成，高压侧和中压侧采用自耦连接的中性点直接接地方式。三相中性点引出线共同接在一根管母线上，然后经扁钢直接接地。电流互感器端子转接盒、直流传感器共同组成了中性点直流电流测量装置。

取自主变本体主控柜交流220 V电源为光纤隔离变送器提供电源，同时交流220 V电压经电源模块作用变换成±12 V直流电压给直流传感器提供电源。中性点接地扁钢垂直穿过直流传感器，流经中性点的直流电流经传感器作用变成4～20 mA的直流电流，输出到光纤隔离变送器，经隔离变送器作用输出到端子排，经电缆连接到#3主变本体测控柜F4柜3 n装置。

①直流传感器。直流传感器采用霍尔元件作为检测元件，将被测电流转换为霍尔电势，然后求和放大，把被测额定电流转换为额定直流0～5 V电压或直流4～20 mA电流信号。

本站直流传感器型号为HNC80HKC—霍尔闭环电流传感器。输入电流±80 A，输出电流4-20 mA直流电流信号。其工作原理为：当主回路有电流通过时，在导线上产生的磁场被磁环聚集并感应高霍尔元件上，所产生的信号输出用于驱动功率管并使其导通，从而获得一个补偿电流，这个电流通过多匝绕组产生磁场进行补偿，使霍尔元件处于检测零磁通工作状态，其补偿电流精确的反应主回路电流。

②电源模块。由于传感器是一种有源模块，如霍尔器件、末级功率管等都需要工作电源，并且还有功耗，电源模块就给直流传感器提供所需电源。这里电源模块也称交直流转换器，即将输入的交流电压，转换为所需要的额定直流电压±12 V。

③光纤隔离变送器。为将直流传感器输出的4～20 mA的电流信号转变成可被控制装置识别的信号，同时利用光纤隔离对信号的干扰源进行抑制，保证了测量结果的准确性。

3.2 #3主变本体测控柜（F4柜）3 n装置

本站F4柜中3 n本体测控装置采用国电南瑞NSD 500系列超高压测控装置。上述经光纤隔离变送器输出的直流信号通过电缆连接到#3主变本体测控F4柜3 n装置，然后输入装置的AIM模件。AIM模件是NSD 500装置内标准I/O模件之一，主要用于采集站内直流模拟信号，例如主变温度、中性点直流等经变送器后输出的0～5 V、0～20 mA或4～20 mA的信号。AIM模件采集的信号通过内部CAN网与CPU模件进行通讯。CPU模件将采集到的数据集成、处理，通过人机界面MMI面板可以对模件实时数据或模拟量数据进行查看，同时利用双以太网配置与后台服务器进行通讯传输。

3.3 监测数据后台查看

测控装置经CPU集成处理后的模件实时数据利用以太网，与后台系统服务器进行通讯，后台服务器将该数据转化为实时数据，站内操作员工作站再连接到系统服务器上，进而获得数据，实现对实时数据的监测。

4 变压器中性点直流电流越上限的分析处理

比较全面的了解了中性点直流监测系统的结构和原理后，下面简单介绍中性点直流电流越上限的分析处理方法。

4.1 从原因入手

通过上述介绍可知，越限告警的可能原因有：自然原因、交流系统内部发生了故障或受到严重干扰、直流传感器故障、隔离变送器故障、电源模块故障、直流信号传输过程中受到干扰、数据经以太网通讯过程中出错。

分析出所有原因后，结合天气及设备实际运行情况，综合分析，逐一排除非要因。对于直流电流互感器端子箱内的直流传感器、隔离变送器及电源模块的分析，需借助万用表等工具进行精确判断。

4.2 处理过程中注意事项

使用万用表时交直流档位的选取要正确，测量电压时注意防止人身触电，查找过程如需拆除或短接某些端子接线时主要不要拆除、短接错误，并密切注意直流监控系统的监控信息。

5 结 语

较大的中性点直流电流对主变乃至整个系统的影响不容忽视，只有确保变压器中性点直流电流在合理范围内，才能更好的保证电力系统安全稳定运行。本文则系统的介绍了变压器中性点直流电流监测系统原理和结构，同时介绍了变压器中性点直流电流越上限的分析处理方法，旨在让变电运行人员更加系统的了解变压器中性点直流监测系统，同时为更好的处理电流越上限等异常提供一种思路和方向。

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