電容隔直技術(shù)在機(jī)組變壓器中的應(yīng)用

摘要：文章根據(jù)對(duì)直流偏磁概念及其成因的分析，進(jìn)行了直流偏磁電流的仿真計(jì)算，并利用電容器隔直通交的特性，在機(jī)組變壓器安裝電容隔直裝置消除直流偏磁電流，以解決直流偏磁電流對(duì)變壓器的危害。

關(guān)鍵詞：直流偏磁；電容隔直技術(shù)；發(fā)電廠；發(fā)電機(jī)組；變壓器 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM761 文章編號(hào)：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”是指變壓器的磁通和磁動(dòng)勢(shì)含有直流分量的現(xiàn)象。直流分量對(duì)機(jī)組變壓器的正常運(yùn)行將產(chǎn)生危害，如增加高次諧波成分，導(dǎo)致鐵心高度飽和從而引起漏磁通的增加，帶來(lái)變壓器局部過(guò)熱、絕緣介質(zhì)老化等問(wèn)題。產(chǎn)生直流偏磁的成因有以下兩個(gè)：一是太陽(yáng)等離子風(fēng)的動(dòng)態(tài)變化與地磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生的地磁“風(fēng)暴”。作用于中性點(diǎn)接地的變壓器時(shí)，將在其繞組中誘發(fā)地磁感應(yīng)電流，與50Hz的交流系統(tǒng)相比較，可看作近似的直流；二是采用單極大地回路的直流輸電線路與交流網(wǎng)絡(luò)中存在非線性元件產(chǎn)生的直流分量，在控制不對(duì)稱(chēng)的直流輸電系統(tǒng)以及相關(guān)變頻器系統(tǒng)中，變壓器繞組均含有直流分量。

2 直流偏磁電流的仿真分析

2.1 交流系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等值電路

本文所選取的環(huán)形220kV交流網(wǎng)絡(luò)為M電廠→A電站→B電站→K電站220kV側(cè)→C電站→M電廠，如圖1（a）所示。對(duì)所選取的交流網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行等值電路的轉(zhuǎn)換，根據(jù)等值電路在PSCAD中建立模型，等值電路如圖1（b）所示。

2.2 中性點(diǎn)直流電流仿真模型

根據(jù)環(huán)形交流網(wǎng)絡(luò)的等值電路，可以估算各廠站到接地電極的距離，如表1所示。進(jìn)一步求得M電廠站變壓器所處位置的地表電位，結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)圖2可得M電廠站處地表電勢(shì)大小為20V（考慮誤差因素大概估算范圍）。再結(jié)合相關(guān)變電站主變參數(shù)，如表2所示。設(shè)置PSCAD/EMTDC軟件仿真參數(shù)，搭建模型如圖3所示。

3 直流偏磁電流實(shí)測(cè)情況

以M電廠#1主變?yōu)槔鶕?jù)2012～2014年運(yùn)行記錄（見(jiàn)表3），當(dāng)直流輸電系統(tǒng)單極運(yùn)行時(shí)，#1主變中性點(diǎn)產(chǎn)生的直流分量高達(dá)59A。

根據(jù)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，#1主變中性點(diǎn)通常在約±7A的直流偏磁電流，基本每天凌晨00∶00～06∶00時(shí)間段該電流消失，06∶00～24∶00該電流在±7A上下快速波動(dòng)，整體直流偏磁電流情況比較嚴(yán)重。

4 電容隔直裝置技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)施

根據(jù)掌握M電廠直流偏磁電流的特點(diǎn)和基本情況。在接地極與變壓器中性點(diǎn)之間串入電容器，由于電容有“隔直通交”的作用，能有效消除變壓器中性點(diǎn)的直流電流，不影響交流電流正常流通。從合理性和經(jīng)濟(jì)性考慮，M電廠采用3臺(tái)主變共用1臺(tái)電容隔直裝置接入方式，通過(guò)簡(jiǎn)單的接地刀切換實(shí)現(xiàn)3臺(tái)主變接地方案的轉(zhuǎn)換（如圖4所示）。在#1主變場(chǎng)地處加裝1臺(tái)電容隔直裝置，當(dāng)#1變通過(guò)電容接地時(shí)，#2、#3號(hào)主變接地刀閘斷開(kāi)；當(dāng)#2主變通過(guò)電容接地時(shí)，#1、#3號(hào)主變接地刀閘斷開(kāi)；當(dāng)#3主變通過(guò)電容接地時(shí)，#1、#2主變接地刀閘斷開(kāi)。

電容隔直裝置主要由電容器、旁路系統(tǒng)及監(jiān)控裝置組成，如圖5所示：

當(dāng)變壓器中性點(diǎn)直流偏磁電流越限值并維持一定時(shí)限后，電容隔直裝置測(cè)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)打開(kāi)旁路開(kāi)關(guān)，將變壓器中的直流電流有效隔斷。若有不對(duì)稱(chēng)短路故障發(fā)生在交流系統(tǒng)中，零序電流會(huì)促使電容器端電壓升高，超過(guò)越限值后，裝置旁路雙向晶閘管立即觸發(fā)導(dǎo)通，與此同時(shí)給出旁路開(kāi)關(guān)合閘指令。旁路開(kāi)關(guān)屬于機(jī)械設(shè)備，它的合閘動(dòng)作時(shí)間比晶閘管電子導(dǎo)通時(shí)間長(zhǎng)，因此故障電流先是由晶閘管旁路流向大地，從而實(shí)現(xiàn)保護(hù)電容器。當(dāng)旁路開(kāi)關(guān)合閘后，故障電流將由晶閘管旁路轉(zhuǎn)移到旁路開(kāi)關(guān)流入地面。當(dāng)有一臺(tái)或兩臺(tái)主變?cè)跈z修狀態(tài)時(shí)，隔直裝置應(yīng)能順利將檢修狀態(tài)主變相關(guān)刀閘閉鎖，并保證正在運(yùn)行的主變能夠及時(shí)投入隔直裝置。主變接地刀閘的閉鎖要符合“先合后分”的原則。

5 結(jié)語(yǔ)

主變電容隔直裝置改造項(xiàng)目產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益主要體現(xiàn)在以下方面：

第一，利用電容隔直裝置阻隔直流偏磁電流在主變中性點(diǎn)的流通，有效抑制主變中性點(diǎn)直流偏磁電流（見(jiàn)圖6）?？煞乐挂蜃儔浩髦绷髌乓l(fā)的相關(guān)故障：比如因諧振導(dǎo)致電容器組損壞，造成變壓器振動(dòng)加劇和過(guò)熱，保護(hù)誤動(dòng)作等事故。

第二，解決變壓器直流偏磁問(wèn)題的同時(shí)，減少了因其導(dǎo)致的電力諧波，可改進(jìn)電網(wǎng)的電能質(zhì)量，降低諧波導(dǎo)致的有功無(wú)功損耗，對(duì)改善供電質(zhì)量、節(jié)能降耗有重要作用。

作者簡(jiǎn)介：黃穎（1985-），女，廣東揭西人，惠州天然氣發(fā)電公司電氣工程師，研究方向：發(fā)電企業(yè)電氣設(shè)備維護(hù)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）