袁孝敏

（中廣核核電運(yùn)營有限公司培訓(xùn)中心,廣東 深圳 518214）

神華惠州電廠主變直流偏磁隱患治理

袁孝敏

（中廣核核電運(yùn)營有限公司培訓(xùn)中心,廣東 深圳 518214）

闡述了變壓器直流偏磁現(xiàn)象產(chǎn)生的背景、原因及主要危害，分析了神華惠州電廠幾起典型的主變壓器直流偏磁事件，并介紹了該廠解決主變直流偏磁重大隱患的具體方案。

主變壓器；直流偏磁；治理

由于高壓直流輸電具有運(yùn)行電能損耗小，傳輸節(jié)能效果顯著，調(diào)節(jié)速度快，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，近年來高壓直流輸電技術(shù)在我國電網(wǎng)中的應(yīng)用愈來愈廣泛，截至目前經(jīng)過廣東電網(wǎng)的已投運(yùn)直流輸電通道已達(dá)五條。

在理想情況下，高壓直流輸電正負(fù)兩極電流相等，大地中無電流。但當(dāng)其中一極因故障或檢修而停運(yùn)時，為穩(wěn)定系統(tǒng)，提高系統(tǒng)供電可靠性和可用率，一般采取單極大地回線運(yùn)行方式，此時直流電流經(jīng)直流接地極進(jìn)入大地而形成回路。直流電流將會通過大地、交流輸電線路，如果流過變壓器繞組的直流電流較大，可能引起變壓器鐵芯飽和，使得勵磁電流迅速增大，并發(fā)生畸變，會使變壓器噪音頻率發(fā)生變化，甚至可能會因某一頻率與變壓器結(jié)構(gòu)部件發(fā)生共振使噪音急劇增大，振動加劇。此外，由于變壓器勵磁電流的大幅度增加，變壓器的銅耗和鐵耗也將急劇增加，引起變壓器鐵芯和連接件過熱，嚴(yán)重時可導(dǎo)致變壓器損壞。這種現(xiàn)象稱之為變壓器直流偏磁現(xiàn)象。神華惠州電廠兩臺熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組總?cè)萘繛?60MW，地處廣東惠州大亞灣海邊，距離三廣500kV直流輸電線路（湖北三峽到廣東惠州）終點(diǎn)換流站直線距離僅僅約40公里。自三廣直流投運(yùn)以來，該電廠多次發(fā)生主變壓器噪聲、振動增大事例，幾乎都與附近高壓直流輸電線路故障運(yùn)行有關(guān)。

表1 神華惠州電廠直流偏磁事件

1 直流偏磁事件分析

1.1 神華惠州電廠典型偏磁事件

僅2010年12月至2012年4月，該廠就發(fā)生五次直流偏磁事件（見表1），其中最嚴(yán)重的一次偏磁事件使得該廠主變壓器中性點(diǎn)最大電流達(dá)19.2A，這些事件基本都由三廣直流輸電線路故障導(dǎo)致。

圖1 主變中性點(diǎn)隔直裝置基本原理圖

1.2 主變中性點(diǎn)直流限值

神華惠州電廠主變壓器為常州東芝變壓器廠生產(chǎn)，該廠對其生產(chǎn)的變壓器中性點(diǎn)直流電流限值有明確要求，該限值主要考慮直流偏磁引起的變壓器金屬結(jié)構(gòu)件溫升影響，如果直流偏磁產(chǎn)生的漏磁引起的拉板溫升過高，即使短時內(nèi)，也會引起與拉板接觸的絕緣件加速裂解，并可能導(dǎo)致氣體產(chǎn)生。根據(jù)該變壓器廠的技術(shù)規(guī)定，神華惠州電廠主變允許流過的直流電流為8A。而實(shí)測數(shù)據(jù)顯示歷次偏磁事件中流經(jīng)主變壓器的直流電流均超出了允許值。

2 直流偏磁隱患的治理

2.1 治理方案的對比

隨著高壓直流輸電線路的增加帶來直流偏磁現(xiàn)象的日益突出，目前受影響的電廠或變電站也愈來愈多，尤其是廣東沿海電廠。為了有效抑制直流偏磁現(xiàn)象，各受影響電廠均采取了一些措施來加以應(yīng)對。據(jù)了解，當(dāng)前抑制直流的方法大致有三種，分別是電容隔直法、反向注入電流法和小電阻限流法。實(shí)踐證明，現(xiàn)在技術(shù)上相對比較成熟、治理效果比較好的是電容隔直法，該方法抑制直流偏磁原理簡單，效果明顯，并且對電廠及電網(wǎng)現(xiàn)有保護(hù)系統(tǒng)沒有大的影響。

2.2 治理方案介紹

根據(jù)電網(wǎng)要求，神華惠州電廠兩臺主變采用單中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式，為節(jié)約改造治理的成本，該廠選擇的改造方案是兩臺主變共用一臺擱置裝備，就是兩臺主變分別使用一個接地刀接地，并且通過隔直裝置。當(dāng)其中有一臺主變接地刀斷閘的時候，使另外一臺主變通過電容接地。如此把接地刀實(shí)現(xiàn)簡單的轉(zhuǎn)換，變換兩臺主變接地方案進(jìn)而使總體的工程造價降低。利用電容隔直流通交流的技術(shù)特點(diǎn)，電容隔直裝置在變壓器中性點(diǎn)聯(lián)一個電容來完全抑制變壓器中性點(diǎn)的直流電流，其原理圖見圖1。

此種裝置的兩種運(yùn)行方式分別是中性點(diǎn)直接接地和中性點(diǎn)電容接地的運(yùn)行方式。該裝置需要在兩種運(yùn)行狀態(tài)之間進(jìn)行切換，利用與電容器并聯(lián)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)實(shí)現(xiàn)。

裝置轉(zhuǎn)換開關(guān)斷開是隔直裝置運(yùn)行于中性點(diǎn)電容接地的時候，裝置轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合則是隔直裝置運(yùn)行于中性點(diǎn)直接接地的時候，不同狀態(tài)運(yùn)行方式不同。裝置在直接接地的運(yùn)行狀態(tài)時，為了監(jiān)視變壓器中性點(diǎn)直流電流的變化狀況，裝置的監(jiān)控單元需要時時刻刻檢測。如果檢測出中性點(diǎn)流過的直流電流比裝置設(shè)置的狀態(tài)轉(zhuǎn)換電流大，運(yùn)行狀態(tài)需要切換大電容接地，中性點(diǎn)直流通道被切斷，這時的轉(zhuǎn)換電流的電壓與隔直電容兩端產(chǎn)生的電壓相對應(yīng)為初始電壓，中性點(diǎn)直流電流的直流電勢就是此種電壓形成的。

在電容接地運(yùn)行狀態(tài)下，電容兩端電壓由裝置的測控單元和快速旁路啟動單位同時監(jiān)視。裝置內(nèi)部設(shè)置有兩個電壓門限，即安全返回直接接地運(yùn)行的低電壓門限VL和過電壓保護(hù)返回直接接地運(yùn)行的高電壓門限VH ，當(dāng)測控單元監(jiān)測到電容兩端電壓低于VL時，裝置認(rèn)為中性點(diǎn)直流電流已對變壓器構(gòu)不成威脅，閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，進(jìn)入直接接地運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)快速旁路啟動單元監(jiān)測到電容兩端電壓高于VH時，快速旁路系統(tǒng)啟動，裝置也會進(jìn)入直接接地運(yùn)行狀態(tài)。

2.3 治理方案影響評估

結(jié)合此電廠的真實(shí)情況，并且利用解析分析和數(shù)值計算的方式，研究把電容接入后對相關(guān)變壓器和輸電線路繼電保護(hù)的影響機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對相關(guān)變壓器的引出線和相鄰電路的繼電保護(hù)的整體評估，結(jié)論是在該廠主變中性點(diǎn)加裝隔直裝置不會對現(xiàn)有繼電保護(hù)系統(tǒng)造成影響。

2.4 項目調(diào)試情況

隔直裝置安裝完畢后，裝置各項常規(guī)檢查，如絕緣性能檢查、程序版本檢查、電源檢查、測量精度均正常，在此基礎(chǔ)上又分別進(jìn)行了過電壓快速旁路試驗(yàn)、直接接地運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)電容接地運(yùn)行狀態(tài)、電容接地運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)直接接地運(yùn)行狀態(tài)、就地控制操作試驗(yàn)、直接接地至電容接地運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程試驗(yàn)、傳感器檢測告警、實(shí)時檢測告警、計數(shù)器功能測試等調(diào)試項目，試驗(yàn)結(jié)果均正常。

3 結(jié)語

自實(shí)施主變中性點(diǎn)加裝隔直裝置的技術(shù)改造項目以來，神華惠州電廠也發(fā)生幾起因三廣直流輸電線路故障引發(fā)的直流偏磁事件，但每次該隔直裝置都能正常運(yùn)作，避免了直流偏磁給主變帶來的沖擊。證明通過實(shí)施主變中性點(diǎn)加裝直流隔直裝置的改造項目，比較好的解決了該廠主變直流偏磁隱患。

[1]常州東芝變壓器廠，關(guān)于國華惠州電廠主變直流偏磁的回復(fù).常州，2011.

[2]廣東省電力調(diào)度中心，霞涌電廠主變中性點(diǎn)增加電容隔直裝置對保護(hù)影響的研究報告.廣州，2012.

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