[發明專利]具有直流偏磁補償能力的電力變壓器及工作方法

有效

• 申請號: 201110394768.8
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102522190A
• 公開（公告）日: 2012-06-27
• 發明（設計）人: 白保東;陳德志;康博;張志佳
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H01F30/06
• 分類號: H01F30/06;H01F27/30
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

技術領域

?本發明涉及電氣工程領域，具體指一種可以自適應補償變壓器中性點直流偏磁的裝置，具有智能特征的電力變壓器。

背景技術

主要有兩種原因可以引起大地直流電位差，進而在交流變壓器中性點引入直流電流：其一是大地?“磁暴”現象，會引起的電網中的低頻環流；其二是直流輸電系統單極運行方式，如果與其并行運行的交流輸電系統變電站中性點接地的變壓器距離換流站不遠，就會使得交流變壓器的接地中性線在變壓器的勵磁電流中產生直流分量，通過輸電線路和另一端的變壓器中性點形成回路。值得注意的是，我國“西電東送，南北互供，全國聯網”電力網建設中采用了遠距離大功率直流輸電方式（HVDC）。

變壓器中性點引入的直流電在變壓器內部形成直流偏磁，可以使鐵芯磁通嚴重飽和，勵磁電流高度畸變，產生大量諧波，噪聲明顯增大，金屬構件損耗增加，無功損耗增加，嚴重時可能會導致局部過熱現象，破壞絕緣，以致損壞變壓器或降低壽命。1989年3月13日，直流偏磁現象引起加拿大魁北克水力發電中斷，美國東海岸發電站的大型升壓變壓器被毀，其中連接兩個低壓繞組導線的銅接線頭燒毀，電網SVC裝置的繼電保護誤動作，大量電容器退出運行，系統電壓崩潰，最終失去9500MW負荷，電網解列了近9個小時。

目前，電力網安全運行中非常重視電力變壓器在直流偏磁作用下的安全運行問題。而對應于大地直流電位引起直流偏磁采取的抑制方法主要有四種：中性點串小電阻法、電容隔直法、電位補償法及直流電流反向注入法。

1992年，美國專家以魁北克水電站Radisson/LG2聯合體為對象，提出了幾種抑制直流電流的方案，其方法是將中性線串聯工頻阻抗較小的電容器，以間隙、可觸發間隙及MOV等實現中性點電容器的快速過電壓保護，方案還配備有機械旁路開關。美國DEI公司1996年初開發了4套變壓器隔直裝置；2003年又根據SIMENS公司提供的參數開發了10套變壓器隔直裝置，并用于靠近印度的一條HVDC終端站的變壓器。此裝置由1個4000uF（50Hz）隔直/通交電容器和2組反并聯的大電流旁路通道以及機械開關旁路組成。近年人們利用電力電子技術開發“電容器+晶閘管旁路”方式的變壓器中性點隔直裝置。歐洲多個國家也投入大量人力、物力研制開發了各類變壓器直流偏磁抑制裝置。

我國電力網存在直流偏磁問題。江蘇500kV上河主變壓器、三峽龍泉一江蘇政平500kV直流輸電系統中的常州武南變電站兩組500kVA主變壓器、貴廣直流線路中春城站主變壓器均受到直流偏磁的影響。申請者從1996年開始進行有關直流偏磁問題的研究，曾分析了2007年遼寧撫順電力局勝利一次變電站?22萬伏18萬千伏安電力變壓器出現的直流偏磁問題（檢測到2-11安培偏磁電流、引起高達90分貝的噪聲）。直流偏磁問題越來越得到我國學者的廣泛關注，許多學者多年來也對直流偏磁問題開展研究及開發補償裝置。清華大學提出了一種小電阻裝置用于變壓器中性點直流偏磁的抑制。該裝置主要由一無感電阻和間隙組成，并于2005年在現場進行了安裝與測試，對抑制變壓器中性線直流電流有明顯效果。有學者介紹了變壓器中性點注入反向直流電流的方法，其主要原理是電源經過調壓器后再經過硅整流經輔助接地極和變壓器中性點回路向變壓器中性點注入反向直流電流。2007年有學者提出了一種基于電位補償原理的校檢變壓器中性點直流電流的新方法，其原理是在變壓器中性線中間串聯一個小電阻，通過外部電源在該電阻上形成一個直流點位，以此調節變壓器中性點的直流點位來達到減小流入變壓器繞組直流電流的目的。國內也開展了電容隔直裝置的研究與開發工作。華北電力大學、西安交通大學、浙江大學等高校也都做了大量工作，有效地抑制了變壓器直流偏磁的影響。

但是，各種方法都存在一定的問題。小電阻限流法無法完全消除中性點直流電流，有時候不得不采用較大阻值的電阻，有可能影響主變壓器中性點絕緣強度；電容隔直法雖然能夠較好地消除中性點直流電流，但影響變壓器的有效接地，對主變壓器中性點絕緣強度要求較高，應對電網短路故障能力較差；中性點注入反向電流限制法需要另外建補償接地極，補償地極的選取極其困難。并且在遠距離輸電系統，補償電流的效率將降低，直流發生器的功率將倍增，大電流入地也加重了地網負擔，加速接地網腐蝕，應用成本極高；電位補償法耗電量大，裝置較昂貴，補償地極的選取也較困難。