[發明專利]用單獨接地網抑制變壓器中性點直流偏磁的方法及其裝置

有效

• 申請號: 200810040194.2
• 申請日: 2008-07-03
• 公開（公告）號: CN101383500A
• 公開（公告）日: 2009-03-11
• 發明（設計）人: 付堅;吳忠明;馮遠程
• 申請（專利權）人: 上海市電力公司超高壓輸變電公司
• 主分類號: H02H7/04
• 分類號: H02H7/04;H02H7/28
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所
• 代理人: 蔡海淳

技術領域

本發明屬于電力的發電、變電或配電領域，尤其涉及一種用于抑制變壓器中性點 直流偏磁現象的緊急保護電路裝置。

背景技術

隨著我國經濟社會的發展，高壓直流(HVDC，High?Voltage?Direct?Current)輸電 系統在我國正得到越來越廣泛的應用。為了實現遠距離、大容量送電，將有更多超高 壓乃至特高壓直流工程建成并投入運行。

當直流輸電系統采用單極大地回路方式運行時，巨大的直流電流與大地構成回 路。部分直流電流流經中性點接地的電力變壓器等設備，在交流系統中形成回路，由 于直流偏磁效應，造成變壓器鐵芯高度飽和，交流電壓波形嚴重畸變，并產生大量諧 波，導致變壓器損耗增多、發熱增加、噪聲增大、振動增強等現象；電力變壓器處于 非正常運行狀態中，最終導致了對設備本身以及所在電力系統的干擾。

具體來說，經過測量和計算表明，流入變壓器中性點的電流中的直流分量，會在 繞組中流動而形成直流偏磁，從而導致中性點接地的主變噪聲異常。根據公式

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如果在變壓器初級繞組輸入一個正弦波的交流電，正弦波的交流電在變壓器鐵心 便產生交變磁通，交變磁通也是對稱的正弦波，而在次級繞組上的感應電壓除了與線 圈的匝數比有關，主要和磁通的變化率成正比。而直流電流輸入變壓器便產生直流磁 通，直流磁通本身是不變化的，因此不會有感應電勢產生。對稱的交流正弦波的磁通 產生的勵磁電流很小，而且也是對稱的。但如果直流磁通疊加在交流磁通上，就會在 單方向產生一個較大的勵磁電流，即所謂的偏磁。直流偏磁產生的最大電流是沒有直 流分量時的3倍以上，這是由于變壓器磁化曲線上部的非線性所引起的，此時變壓器 處于飽和或過飽和狀態。勵磁電流的增加使變壓器產生異常噪音。

此外，直流偏磁還會增加鐵心的磁滯損耗，破壞硅鋼片的絕緣，加速油劣化，在 變壓器金屬件如夾件、拉桿、油箱等中產生附加發熱，引起結構件和絕緣材料的加速 劣化，最后導致絕緣事故。

為了限制直流輸電單極運行時變壓器的直流偏磁效應，除了使直流接地電極遠離 中性點接地的電氣設備外(10千米以上)，還需要采取抑制中性點流入直流電流的措 施。目前大致有三類方案：

(1)在變壓器中性點產生反方向的直流電流，以抵消或削弱流入變壓器中性點的地 中直流；

(2)在變壓器中性點串入電容器，利用電容器“隔直”的特性使得直流無法流入；

(3)在變壓器中性點串入小阻值電阻，將中性點流入的直流限制在工程上可以接受 的程度。

方案一的設計一般是在變壓器中性點裝設一個直流源，根據監測到的直流電流的 大小和方向，動態地調整其設置，實時提供一個大小相等、方向相反的直流電流。公 開號為CN1592062A的中國發明專利申請“抑制變壓器直流磁偏的方法及控制器”中 所公開的技術方案的思路即是采用此類方案的方法。這種方法對于網絡結構清楚，并 且流入中性點的直流電流大小和方向都能準確測量時，是有效果的；但該方法受系統 結構影響較大，如果系統結構發生變化，該方法的有效性就不能夠得到保證。同時該 方法的造價較高，工程量較大，運行和維護費用也需要長期投資，進一步限制了該方 法的使用。

方法二在理論上是可行的，利用電容器“隔直通交”的作用，可以消除流過變壓器 中性點的直流電流，同時又不妨礙交流電流的通過。公告號為CN200976492Y的中國 實用新型專利“接地變壓器中性點直流電流抑制裝置”即屬于該類方案。但在實際操作 中會發生一些非正常情況，例如系統發生不對稱接地故障，或者變壓器遭受雷擊時， 變壓器中性點會流過很大的電流，同時產生暫態過電壓。這就對串入的電容器提出了 較高的要求，并需要提供放電間隙與之相并聯。由于要求較高，該方法在工程實際中 鮮為使用。

方法三原理簡單，容易實現，公開號為CN1885658A的中國發明專利申請“一種 抑制交流變壓器直流偏磁電流的裝置”即屬于該類方案。但實際設計時要注意一些問 題：網絡結構改變時要重新計算阻值，并更換電阻；系統發生故障時，變壓器中性點 電位升高，產生過電壓，要采取防范措施等。