主变中性点电容隔直装置原理及运行维护

主变中性点电容隔直装置原理及运行维护摘要：高压直流输电（HVDC）在建设初期的系统调试、直流输电系统设备故障或检修等原因，使得直流输电系统单极大地回线方式或双极不平衡方式运行不可避免。此时，强大的直流电流通过接地极注入大地，经大地流到直流系统的另一端。直流电流会在流经的大地路径上产生电位差，可引起数十安的直流电流经交流系统传输。当直流电流通过接地的变压器中性点流经变压器绕组，将引起变压器直流偏磁、导致铁芯的半波饱和，从而产生谐波，引起主变振动和噪声、过热等问题，严重时可导致变压器损坏。谐波还可能引起电容电抗器组的谐振损坏、引起保护误动等问题，这些影响最终将危及电力系统的安全运行［1-2］。本文首先分析了直流分量对交流系统产生的不利影响，然后介绍了主变中性点电容式隔直装置的原理及控制策略，最后介绍了隔直装置日常巡视及维护内容。关键词：变压器；中性点隔直装置；旁路开关；直流输电系统引言西电东送工程逐步实施，成就了我国电力工业史上从未有过的大规模电源与电网建设。高压直流输电能够稳定地远距离输送电能，因此在我国得到迅猛发展。然而直流系统非正常运行时，将产生较大的直流接地电流，会对接地及附近中性点直接接地的主变压器正常运行造成不利影响。为抑制流过变压器中性点的直流分量，需在变电站增加隔直装置，以对流过变压器中性点的直流电流采取限制措施，避免影响电力系统的安全运行［3-6］。1直流接地电流不利影响分析由直流输电系统引起的变压器直流偏磁现象中，变压器励磁电流正负半周明显不对称，低压侧电压波形总畸变率明显升高，将对交流系统产生不利影响：（1） 变压器振动和噪声加剧、温升增加。变压器直流偏磁引起的半波饱和使得运行噪声和振动加剧，这已被多次的现场实测数据所证实；部分变压器还发现温升增加的情况（2） 产生谐波。正负半波对称的周期性励磁电流中只含奇次谐波。由于直流偏磁的作用，使半波深度饱和的变压器励磁电流中出现了偶次谐波。此时，变压器成了交流系统中的谐波源，引起系统电压波形畸变、电容器组发生谐振损坏、继电保护误动、周波表不能正常工作等。（3） 变压器无功损耗增加。由于直流偏磁引起变压器饱和，励磁电流大大增加，使变压器无功损耗增加，它可使系统电压下降，严重时可使整个电网崩溃。（4） 继电保护系统故障。由于变压器直流偏磁引起的波形严重畸变，会导致部分继电保护装置不能正确动作，其产生的零序次谐波如3/6/9次谐波可能导致零序电压或电流启动的继电保护装置误动。2电容隔直装置原理图1隔直装置电气原理图如图1所示为电容隔直装置原理图，其主要电气组成元件包括：电容器组C；隔直（旁路）开关K3；可控硅组SCR；限流电抗器L；SCR触发单元；瞬时电压监测单元KSvM；瞬时电流监测单元KScM；直流电压传感器PT1，PT2；直流电流传感器DCCT1，DCCT2；交流电流互感器ACCT；数字控制器；远程监控计算机。电容隔直装置利用电容的"隔直流、通交流〃的特性，在变压器中性点和地网之间，将一组电容器C串联接入。旁路开关K3与电容器并联，旁路开关K3闭合时，主变中性点直接接地；旁路开关K3断开时，主变中性点处于隔直接地状态。3隔直装置控制策略对于变压器中性点接地运行的变压器而言，电容隔直装置旁路开关正常运行方式下处于合闸状态：通过电流、电压传感器监测变压器中性线的交流电流和直流分量电容器上的直流电压，按照预设策略控制电容隔直装置旁路开关的分、合闸。3.1正常情况：由于交流系统的接地故障和直流系统单极运行或不对称运行，均为非正常运行工况，发生概率低，持续时间短，为接地变压器及隔直电容器运行的安全起见，电容隔直装置的运行与控制控制策略是：晶闸管旁路SCR在关断状态（不导通），机械旁路开关K3闭合，变压器中性点直接接地，隔直电容器被旁路短接；装置为旁路运行状态，变压器中性点为直接接地运行状态。3.2隔直运行状态（电容器投入）当检测到中性点直流电流超过设定限值且时间达到时限：若此时检测到的中性点零序交流电流ACCT小于设定限值时控制旁路开关K3打开，将电容器C接入变压器及地网之间；装置工作在隔直状态若检测到中性点零序电流ACCT大于设定限值时，认为交流系统有不对称短路故障，保持旁路开关处于合位置3.3电容隔直装置隔直状态的退出电容隔直装置在隔直状态时，当检测到电容器直流电压恢复到设定限值以下且达到延时时间，控制旁路开关合闸，退出隔直状态；否则，保持隔直状态；当电容器两端直流电压仍大于设定限值，若检测到中性点零序电流超过设定限值或电容器电压达到预设定值时，认为交流系统有不对称短路故障，装置迅速触发导通晶闸管旁路SCR并触发闭合机械旁路开关，退出隔直状态。4巡视及维护管理按照日常巡视作业表单进行日常巡视：（1） 运行值班人员应结合变电站巡视周期，检查电容器隔直装置是否有异常;（2） 查看电容隔直装置外观有无异常，一次接地电缆及装置外壳与地网连接是否良好，查看电缆封堵是否完好；（3） 查看上位机实时监控界面有无报警信号及异常信号；（4） 查看变电站自动化系统的电容式隔直装置有无异常告警信号；（5） 按照日常巡视作业表单进行日常巡视。专业巡视每季度异常，巡视项目同日常巡视，如电容器隔直装置长时间无动作，应每季度对隔直装置旁路开关执行异常手动分、合闸操作，操作前应先通知调度管理部门。操作完成后，应向调度汇报并做好操作记录。雷雨、台风期间等异常天气情况下应进行特殊巡视，检查装置运行情况是否良好。高温天气时，应查看装置风冷系统是否启动。结语本文分析了直流偏磁对主变产生的不利影响，研究了隔直装置的原来及控制策略，并对电容隔直装置的日常维护及巡视内容进行了说明。广东地区处于西电东送的主通道，受到高压直流输电系统的影响较大，变压器中性点直流偏磁问题相对突出。通过在变压器中性点处安装电容式隔直装置，能够有效减少大地直流电流分量对变压器正常运行的影响，提高电力系统的安全可靠性。相关工作人员应对电容隔直装置的原理及其动作逻辑进行深入了解，以提高设备的运维水平。参考文献：蒯狄正，万达，邹云.直流输电地中电流对电网设备影响的分析与处理[J].电力系统自动化，2005,29(2).杨鑫，冯正伟，汪铭峰，等.电容型隔直装置对电网设备及线路保护的影响分析L].东北电力技术，2015(08)：27-31.靖峰，韩源，杨丽薇，等.主变中性点隔直装置在工程中的设计及应用[J].西北水电，2016(05)：69-72.⑷刘春明，黄彩臣，潘明明，等.抑制变压器直流偏磁的电容隔直装置优化配置[J].高电