直流偏磁抑制裝置在220kV變壓器中的應用

陸濤

摘 要：根據(jù)磁鏈守恒原律，采取磁勢等效法將串聯(lián)繞組的電流等效為全繞組電流，解決了220kV變壓器在采用隔直設備后直流電流由交流系統(tǒng)流入串聯(lián)繞組的風險評估問題，拓展了《高壓直流接地極技術導則》對直流偏磁影響的評估范圍，保障了220kV變壓器的安全運行。

關鍵詞：接地極；直流偏磁；直流偏磁抑制裝置；安全

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.12.049

0 前言

±800kV哈密-鄭州特高壓直流工程（下簡稱天中直流），是國家實施“疆電外送”戰(zhàn)略的第一條特高壓直流輸電工程輸電線路，起點在新疆哈密南部能源基地，輸電線路全長2210公里，輸電能力將達800萬千瓦，成為連接西部邊疆與中原地區(qū)的“電力絲綢之路”，承擔著新疆火電、風電打捆外送的重要任務，具有遠距離、大容量、低損耗、環(huán)保、節(jié)約土地資源等優(yōu)點，有利于促進新疆能源基地的開發(fā)利用，實現(xiàn)大煤電的集約化開發(fā)，提高能源資源的開發(fā)和利用效益，緩解中東部地區(qū)的缺電局面。

1 直流偏磁的處理措施

根據(jù)“新電辦會（2014）111號文件-國網(wǎng)新疆電力公司直流偏磁治理措施討論會會議紀要”內容，“220千伏能節(jié)煙墩北、山北變及天光電廠需對中性點接地進行隔直處理，即加裝變壓器中性點隔直裝置”。設備選型為安徽正廣電電力技術有限公司生產(chǎn)的KLMZ型變壓器中性點直流偏磁監(jiān)測及隔離接地裝置，該裝置是安徽正廣電與新疆電科院共同研制的產(chǎn)品，通過了西高所型式試驗，獲得型式實驗報告。

通過高精度的16bit直流電流采樣技術，配合一階滯后濾波法和加權滑動平均濾波法來處理采樣信號，提高了小電流測量精度；通過隔直電容器并聯(lián)氧化鋅閥片和高速旁路開關，一方面實現(xiàn)了對變壓器中性點直流電流的隔離，另一方面在系統(tǒng)發(fā)生不對稱短路時，觸發(fā)氧化鋅導通以限制電容兩端的電壓，并在短路電流的第一個過零點時刻，通過高速旁路開關相控合閘將短路電流分流到開關里，實現(xiàn)了對隔直電容器和氧化鋅的保護。

2 改造方案

下圖安徽正廣電生產(chǎn)的KLMZ型隔直裝置的一次原理圖。圖中C為隔直電容器，F(xiàn)R為氧化鋅組件，K為高速智能旁路開關。

當直流偏磁監(jiān)測裝置檢測變壓器中性點中沒有大地直流（或直流小于設定值）時，旁路開關K為常閉工作狀態(tài)，變壓器中性點通過旁路開關K接地；

當直流偏磁監(jiān)測裝置檢測到有直流（或大于設定值）流經(jīng)變壓器中性點時，旁路開關K打開，將隔直電容C串聯(lián)到接地回路中，起抑制直流的功能；

當直流消失后，即隔直電容C上的電壓降低到設定值以下，旁路開關K合閘，將隔直電容短路，退出隔直功能；

當系統(tǒng)發(fā)生單相接地不對稱短路時，沖擊電流I1流經(jīng)隔直電容C，使得隔直電容上的電壓迅速上升，觸發(fā)氧化鋅FR導通，并限制電容兩端的電壓，起到保護隔直電容器的作用，當短路電流變化到第一個過零點時刻，高速智能旁路開關相控合閘，將短路電流分流到開關里，起到保護氧化鋅的作用。

該裝置結構緊湊，技術先進。采用電容隔直法隔離變壓器中性點直流電流，避免變壓器遭受直流偏磁影響；裝置采用電容器并聯(lián)高速智能開關、高能氧化鋅組件的原理組成并聯(lián)旁路保護系統(tǒng)；高速智能開關能在20ms以內合閘將電容器短接，避免電容器承受大電流沖擊；氧化鋅組件可以承受400ms的短時大電流沖擊，是裝置在快速開關拒合情況下的后備保護單元；裝置具有485 通訊口，上位機可以通過此通訊口對控制器進行訪問，控制器給出應答信號，從而獲得此刻裝置的運行狀態(tài)。該裝置采用戶外箱體結構，防護等級達到IP5X，滿足哈密地區(qū)的戶外運行要求。裝置基座范圍不超過3*3米，改造空間足夠。

直流偏磁監(jiān)測及抑制成套設備，采用了高精度16bit直流電流采樣技術，配合一階滯后濾波法和加權滑動平均濾波法來處理采樣信號，保證了監(jiān)測結果免受環(huán)境干擾，同時采用了隔直電容器并聯(lián)氧化鋅閥片和高速旁路開關，既實現(xiàn)了對變壓器中性點直流電流的隔離，又減少了電容器容量、額定電壓及裝置造價，成套設備應用于我廠220kV變壓器，有效地隔離了中性點直流電流，容抗不大于0.2Ω±10%，對系統(tǒng)運行和繼電保護的動作行為影響較小，針對隔直裝置在隔直工狀下，系統(tǒng)出現(xiàn)單相短路時開關拒合的情況，裝置中配有高能氧化鋅組件，能夠耐受電網(wǎng)400ms短路電流沖擊，能夠確保變壓器安全運行。

應用情況：本項目針對哈密-鄭州特高壓直流工程送端特高壓交直流輸電系統(tǒng)的直流偏磁問題，研究了新疆及甘肅地區(qū)主要變壓器中性點直流偏磁水平，提出了治理措施，已經(jīng)在哈鄭直流系統(tǒng)調試和運行中得到了成功應用，為調度運行和方式安排部門科學決策提供了有效的依據(jù)，對哈鄭直流接地極附近的廠、站變壓器安全穩(wěn)定運行具有重大指導意義。若不對弱送端電網(wǎng)直流偏磁問題進行研究和處理，僅在哈鄭直流投運期間外送電力就由1300MW下降到440MW以下，該項目的實施能夠提高疆電外送能力到底860 MW，解決了疆電外輸超（特）高壓直流輸電造成變壓器直流偏磁等難題，提出有效的防治措施，提高了電力外送系統(tǒng)的的安全穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]王振浩.直流偏磁對輸電線路距離保護的影響分析[J].電測與儀表，2014（15）.

[2]徐志.變壓器中性點串接電容抑制偏磁措施及其引起的過電壓分析[J].電測與儀表，2014（14）.

[3]范永強.一種新型變壓器直流偏磁抑制裝置[J].電力建設，2013（11）.