盛文韜 湖南省長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡中學(xué)
直流偏磁對(duì)變壓器的影響
盛文韜 湖南省長(zhǎng)沙市長(zhǎng)郡中學(xué)
在直流輸電、地磁感應(yīng)電流等運(yùn)行方式的影響下,中性點(diǎn)接地變壓器在運(yùn)行過程中,會(huì)常常通過電流,影響了變壓器的安全、穩(wěn)定運(yùn)行,在我國(guó)超高壓直流輸電工程的發(fā)展下,這種問題日益嚴(yán)重。本文首先分析了直流偏磁對(duì)變壓器的影響,并探討出針對(duì)性的解決對(duì)策。
直流偏磁 變壓器 影響
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技的發(fā)展,直流輸電系統(tǒng)日益發(fā)展并完善。為了滿足現(xiàn)代電力需求,直流輸電的容量越來越大,距離也越來越長(zhǎng),但在某些特殊情況下,直流電源會(huì)使變壓器產(chǎn)生直流偏磁的現(xiàn)象,具有一定危害性,因此解決直流偏磁問題成為電力系統(tǒng)的首要任務(wù)。本文將從直流偏磁的產(chǎn)生原因、對(duì)變壓器的影響和抑制措施這三方面進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
地磁感應(yīng)電流的產(chǎn)生是由于地磁場(chǎng)的存在。經(jīng)調(diào)查報(bào)告分析不難看出,由于地磁感應(yīng)電流而造成的事故大都發(fā)生在高緯度長(zhǎng)距離,并且輸電線路為東西走向的地區(qū)。
當(dāng)直流輸電系統(tǒng)的運(yùn)行方式為單極大地回線時(shí),陸地就會(huì)被引入直流電源,成為回流電路。在這種情況下,直流電源就會(huì)從接地的中性點(diǎn)竄入變壓器,進(jìn)而引起直流偏磁現(xiàn)象的產(chǎn)生。
當(dāng)直流電流流經(jīng)繞組時(shí),鐵芯會(huì)發(fā)生直流偏磁現(xiàn)象。直流偏磁對(duì)變壓器甚至整個(gè)電網(wǎng)有著不可忽視的影響,主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
在直流偏磁的情況下,當(dāng)變壓器的工作點(diǎn)到達(dá)飽和位置時(shí),會(huì)使勵(lì)磁電流產(chǎn)生非線性變化,進(jìn)而使電壓波形畸變。當(dāng)鐵芯到達(dá)飽和位置時(shí),勵(lì)磁電流轉(zhuǎn)變?yōu)榧忭敳ǎC波電壓畸變率增大,進(jìn)而產(chǎn)生大量諧波。
變壓器的勵(lì)磁電流在直流偏磁的情況下包含了偶次諧波分量和奇次諧波分量。當(dāng)直流電源等于或大于額定勵(lì)磁電流時(shí),變壓器鐵芯的振動(dòng)加快,從而產(chǎn)生的噪音越來越大;當(dāng)變壓器的諧波分量增加時(shí),會(huì)在一定程度上改變?cè)胍纛l率。
無功損耗會(huì)隨著直流電流的增大而增大,這是由于當(dāng)變壓器達(dá)到飽和時(shí),會(huì)增大勵(lì)磁電流,無功功率增大,進(jìn)而增加無功損耗。過量的無功損耗具有嚴(yán)重的危害性,例如:使電壓下降,無功補(bǔ)償裝置過載,甚至危害整個(gè)電網(wǎng)。
變壓器的損耗主要來源于銅耗和鐵耗。其中銅耗可以分為附加銅耗和基本銅耗,是由于變壓器的勵(lì)磁電流的增加導(dǎo)致的,經(jīng)研究表明,變壓器的銅耗主要來源于基本銅耗。變壓器的鐵耗和銅耗差不多,也分為附加鐵耗和基本鐵耗,是由于變壓器的漏磁通量的增加導(dǎo)致的。與銅耗不同的是,鐵耗主要來源于附加鐵耗。
在鐵芯的表面就是支撐板,厚度較大。變壓器的諧波會(huì)造成渦流損耗,增大鐵耗。而直流偏磁程度越深,變壓器的漏磁越大,渦流損耗越大,最終引起支撐板溫度的升高。但是,如果支撐板的原材料為非磁性材料時(shí),其溫度就會(huì)大大降低。
變壓器產(chǎn)生的諧波會(huì)干擾許多設(shè)備,如測(cè)量設(shè)備、保護(hù)繼電器等,引起系統(tǒng)設(shè)備或元件等發(fā)生故障。通常情況下,變壓器的勵(lì)磁電流比允許直流電源小,因此直流偏磁也有可能是變壓器中流過的少量電流引起的。
由此可以看出,直流偏磁對(duì)變壓器有著一定的危害作用,因此應(yīng)該積極采取有效措施來抑制直流偏磁。目前社會(huì)上可以采取的措施主要有串聯(lián)電容法、反向電流法和串聯(lián)電阻法。下面將對(duì)這三個(gè)方法進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
在地與變壓器的中性點(diǎn)之間以串聯(lián)的方式接入電容、旁路開關(guān)和火花間隙,可以用來隔斷直流電源。但在實(shí)際操作過程中,串聯(lián)電容法會(huì)同時(shí)增大這個(gè)中性點(diǎn)的直流電流,從而使變壓器產(chǎn)生直流偏磁。
此方法是將直流電源接入到變壓器的中性點(diǎn)上,通過特定的設(shè)備來提供大電壓和反向直流電流,還可以在變壓器內(nèi)接入一個(gè)消磁線圈,這兩種做法都可以使變壓器中的直流偏磁現(xiàn)象削弱甚至抵消。但另一方面,這個(gè)方法所需裝置的價(jià)格非常高,在實(shí)際應(yīng)用中還存在一定的難度,因此這個(gè)方法還待考究。
在這個(gè)方法中是將小電阻接入到中性點(diǎn)中,可以降低中性點(diǎn)中的直流電流,從而降低中性點(diǎn)的電流,使直流電流的分布得以改變,最終達(dá)到有效避免直流偏磁作用的目的。
綜上所述,直流輸電系統(tǒng)的快速發(fā)展引起變壓器產(chǎn)生直流偏磁的現(xiàn)象,而這一現(xiàn)象嚴(yán)重影響了變壓器的運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。為了避免這一現(xiàn)象的發(fā)生,除了要加強(qiáng)相關(guān)問題的研究外,相關(guān)部門也要結(jié)合實(shí)際,采用合理的方法來解決這一大難點(diǎn)問題。
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