[發明專利]具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統

有效

• 申請號: 201210486079.4
• 申請日: 2012-11-26
• 公開（公告）號: CN102983549B
• 公開（公告）日: 2018-01-30
• 發明（設計）人: 白保東;陳德志;李寶鵬;杜寧
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H02H7/04
• 分類號: H02H7/04;H02H9/02
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙)21115
• 代理人: 宋鐵軍,周楠

技術領域

本發明涉及電力電子領域，特別涉及一種具有直流偏磁補償功能的新型電力變壓器控制系統以抑制變壓器的直流偏磁，同時該裝置也可用來實現兩相磁性材料、半硬磁合金的磁特性轉換和應用在可控電抗器中。

背景技術

隨著電力電子技術，計算機技術和控制理論的迅速發展，使高壓直流輸電技術日趨完善。在大功率遠距離輸電、海底電纜和交流系統間異步連接等方面，直流輸電有許多獨特的優越性。截至1996年低，世界上已投入運行的直流工程就有56項，輸電容量達54.166GW 。隨著我國“西電東送，南北互供，全國聯網”的電力發展總方針，直流輸電技術將會在全國電網互聯中起到重要作用。目前直流輸電在我國已經得到了長足的發展和應用，我國從自行建成的舟山100KV海底電纜直流輸電開始，至今以先后建成三峽至常州500KV直流輸電工程、天廣500KV直流輸電工程、貴廣500KV直流輸電工程。直流輸電在一定條件下，是具有很大的經濟效益。然而在實際運行中發現, 當直流輸電系統采用大地作為回路的運行方式時, 巨大的直流電流以大地構成回路, 從大地中流過時會對附近的交流系統產生影響。其對交流系統的影響主要是由接地極附近中性點直接接地的變壓器直流偏磁所引起的。

在高壓直流輸電中，線路一般都采用單極大地回路的方式運行，例如天廣輸電網就是采用這種運行方式，直流單極大地回路運行時，部分交流變壓器會受到直流偏磁的影響，會使得電網部分變壓器振動加劇，噪聲增加，勵磁電流畸變，三廣直流輸電線路投運以后類似事件一直出現。在貴廣直流線路中，2004年5月的監測記錄表明，貴廣直流輸電線路單極大地回路運行方式下，春城站主變壓器中性點直流電流達34.5A，噪聲達93.9dB，諧波電壓總畸變率達2.1%。三峽龍泉——江蘇政平500kV直流輸電系統自2002年12月調試和試運行以來，常州武南變電站兩組500KVA主變壓器均出現噪聲大幅度上升(上升20dB)。

此外，除了高壓直流輸電工程可以引起直流偏磁現象外，地磁磁暴同樣也可以引起變壓器的直流偏磁。由文獻可以看出，引發電力變壓器直流偏磁的還有地磁感應電流(GIC)。地磁暴發生時，極電流產生的磁場和地球磁場相互作用在地球表面產生感應電勢(ESP)，該感應電勢可達每公里1～10V或更高。該地面電勢將在長距離輸電系統，特別是東西走向的輸電線路中的接地變壓器間誘發地磁感應電流。該感應電流的頻率在0.001~0.1Hz之間，與交流系統的50Hz工頻相比可近似看作直流。

1989年3月13日，磁暴引起的偏磁電流導致了加拿大魁北克電網的大停電，起因是偏磁電流使變壓器鐵心急劇飽和，諧波大增，導致電網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，電網解列近9個小時。因此，研究變壓器的直流偏磁現象的抑制方法和措施對電力系統安全運行是事在必行的。

在電網中，很多變壓器都會受到了直流偏磁電流的影響，受到影響的變壓器有的是在換流器直流接地極附近，有的卻是遠離直流接地極，還有的卻是在東西走向輸電線路中。但有一點是肯定的，那就是變壓器直流偏磁現象是由流入其中性點的直流電流引起的。直流電流在兩接地變壓器間產生電位差，電流由一變壓器接地中性點流入，從另一個變壓器中性點流出。流過變壓器繞組的直流電流引起變壓器的偏磁造成變壓器鐵心飽和，勵磁電流畸變，產生大量諧波，無功損耗增加，甚至還可能引起系統電壓嚴重降低，系統繼電器誤動作等等。所以研究直流偏磁的抑制是勢在必行的。

目前，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。

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，這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。