胡良山

摘 要：隨著直流輸電方式的推廣使用，對于傳統(tǒng)電網(wǎng)產(chǎn)生了不良影響，其中包括由于直流入地電流使得附近變電站地電位升高，直流侵入中性點(diǎn)接地的變壓器，導(dǎo)致變壓器中性點(diǎn)直流偏磁現(xiàn)象，使得變壓器中性點(diǎn)直流電流過大，變壓器噪聲與振動加劇，甚至導(dǎo)致變壓器局部過熱以及絕緣加速老化等問題。

關(guān)鍵詞：中性點(diǎn) 直流偏磁 串接電阻 串接電容 正負(fù)電補(bǔ)償

中圖分類號：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）12（c）-0052-02

直流輸電方式在輸送相同功率時，線路投資較少，對功率和電能的損耗較小，不會產(chǎn)生較大的干擾信號，線路在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時沒有電抗電壓和電容電流，不需要進(jìn)行無功補(bǔ)償，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。因此，在遠(yuǎn)距離、大功率的輸電方式中，直流輸電獲得了越來越多的應(yīng)用。但是直流輸電會對交流變電站的正常運(yùn)行造成一定的不良影響，其中包括使得其換流站附近的中性點(diǎn)接地變壓器出現(xiàn)直流偏磁的問題，即變壓器的中性線流過的直流分量大大增加，對交流變壓器的安全運(yùn)行形成威脅。該文分析了變壓器中性點(diǎn)直流電流過大的危害，并對變壓器中性點(diǎn)直流偏磁的抑制措施進(jìn)行了研究。

1 變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生直流電流的原因

1.1 地磁感應(yīng)電流

太陽離子風(fēng)和宇宙的其他射線與電磁場相互作用，產(chǎn)生地磁磁暴，這種磁場的變化可以使得地球表面出現(xiàn)電位梯度，最高可以達(dá)到每公里上百伏，持續(xù)時間可以是幾分鐘甚至幾個小時。如果使用中性點(diǎn)接地變壓器正好處于該地區(qū)，由于地磁感應(yīng)電動勢會在變壓器繞組內(nèi)部產(chǎn)生地磁感應(yīng)電流，電流頻率在0.001～2 Hz之間，可以近似看作直流，其幅值可達(dá)100 A以上。

1.2 高壓直流輸電

大電流、遠(yuǎn)距離的高壓直流輸電系統(tǒng)一般采用大地返回方式，在換流站周邊的散流帶會有一定的地表電流。與換流站并行運(yùn)行的交流變電站如果距離不遠(yuǎn)，則交流變電站的中性點(diǎn)接地變壓器會受到干擾。在交流變壓器的接地中性線會產(chǎn)生直流電流流入變壓器，經(jīng)過輸電線路后在另一端的變壓器中性點(diǎn)入地。

2 變壓器中性點(diǎn)直流電流的危害

2.1 變壓器噪聲和振動變大

由于中性點(diǎn)流入直流電流的作用，勵磁電流發(fā)生嚴(yán)重畸變，出現(xiàn)了較大的諧波電流，同時變壓器主磁通也成了周期性變化的不對稱磁場，產(chǎn)生了較大的磁通諧波量，從而引發(fā)變壓器的硅鋼片出現(xiàn)伸縮，引起變壓器的振動和噪聲。變壓器鐵芯硅鋼片的伸縮導(dǎo)致鐵芯振動，嚴(yán)重時會使得變壓器內(nèi)部有關(guān)器件出現(xiàn)松動，從而引發(fā)局部放電甚至繞組脫落等嚴(yán)重后果，對變壓器的安全運(yùn)行形成嚴(yán)重威脅。

2.2 變壓器的損耗增加

在中性點(diǎn)流入的直流電流作用下，變壓器勵磁電流大幅度增加，導(dǎo)致變壓器銅耗變大。直流電流的增加可能導(dǎo)致勵磁電流進(jìn)入飽和區(qū)，使得變壓器的漏磁變大。變壓器的漏磁通過油箱、夾件等鐵質(zhì)構(gòu)件，產(chǎn)生渦流損耗。這部分渦流損耗隨著鐵芯磁密的增加而增加，可見變壓器繞組中的直流分量會導(dǎo)致變壓器的損耗增加。

2.3 增加無功功率的損耗

變壓器中的勵磁電流滯后于系統(tǒng)電流90°，產(chǎn)生無功損耗。一般這一部分損耗較小，然而當(dāng)直流中性點(diǎn)流過直流電流時，無功功率的損耗會急劇增加，即變壓器中性點(diǎn)直流電流增加了系統(tǒng)的無功功率損耗。

3 變壓器中性點(diǎn)直流電流的抑制措施

3.1 串聯(lián)電阻法

根據(jù)大地回路直流電流的分布規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)通過變壓器中性點(diǎn)的直流電流，主要與變壓器、直流接地極的距離以及接地電阻分布等因素有關(guān)。根據(jù)這個特點(diǎn)，可以通過在中心線上串聯(lián)小電阻的辦法降低流過中性點(diǎn)直流電流，如圖1所示。

由圖1可知，流過2臺變壓器中性點(diǎn)的直流電流與2臺變壓器中性點(diǎn)之間的地電位差、線路直流電阻、變壓器繞組直流電阻以及中性點(diǎn)串接小電阻有關(guān)。通過在中性點(diǎn)串接小電阻，能在一定程度上降低直流電流的幅值，降低系統(tǒng)發(fā)生諧振的概率。但是采用這種方法，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，故障電流容易將中性點(diǎn)串接電阻燒毀。

3.2 串接電容法

通過在變壓器中性點(diǎn)與系統(tǒng)地之間串接電容，以達(dá)到隔斷直流的目的，如圖2所示。

在中性點(diǎn)裝設(shè)電容后，如果主變高壓側(cè)發(fā)生接地故障，變壓器中性點(diǎn)產(chǎn)生很高的暫態(tài)電壓，當(dāng)電容器兩端電壓達(dá)到限值時，通過電流旁路保護(hù)動作以限制暫態(tài)電壓幅值，降低了對中性點(diǎn)串接電容器的容量要求。當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行后，電流旁路保護(hù)裝置自動復(fù)歸，中性點(diǎn)串接電容器重新投入運(yùn)行。不過使用這種方式提高了中性點(diǎn)的電位，改變了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，繼電保護(hù)裝置定值需重新整定，對絕緣的配合也有一定要求。

3.3 電位補(bǔ)償法

電位補(bǔ)償法是通過電流抵消的方式來消除直流偏磁的影響，電位補(bǔ)償法也就是常說的反向電流法，也就是通過電流反向的方式來消除或減弱電流的作用和影響，故分為正向電位補(bǔ)償和負(fù)向補(bǔ)償，其等效電路圖如圖3所示。

其中U0為大地電動勢，U為補(bǔ)償電源電動勢。如果將圖3內(nèi)所有點(diǎn)位方向以及電流方向取反，則為負(fù)電位補(bǔ)償法。正負(fù)電位補(bǔ)償法不改變系統(tǒng)的參數(shù)，結(jié)構(gòu)比較簡單，對直流電流的補(bǔ)償可以控制，在對變壓器中性點(diǎn)直流電流抑制的實(shí)際應(yīng)用中具有較大的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

變壓器中性點(diǎn)流過直流電流，可能引發(fā)變壓器局部過熱、振動、絕緣老化甚至發(fā)生變壓器燒毀的嚴(yán)重事故。該文簡單介紹了變壓器中性點(diǎn)流過直流的機(jī)理以及對變壓器安全運(yùn)行的危害，并給出了串聯(lián)電阻法、串接電容法、電位補(bǔ)償法等變壓器中性點(diǎn)直流電流抑制措施，對維護(hù)變壓器的安全運(yùn)行起到參考作用。

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