臺山電廠220KV主變中性點(diǎn)隔直裝置使用及維護(hù)介紹課件

臺山電廠220KV主變中性點(diǎn)隔直裝置使用介紹彭橋設(shè)備部電氣一次2010.1.6項目背景介紹主變偏勵磁研究主變中性點(diǎn)隔直裝置調(diào)研主變中性點(diǎn)隔直裝置可行性研究報告主變中性點(diǎn)隔直裝置項目立項主變中性點(diǎn)隔直裝置項目實施隔直裝置使用說明書主變中性點(diǎn)隔直裝置使用介紹

廣東電網(wǎng)的±500kV高肇、三鵝、興保和天廣直流線路輸電在近年相繼投產(chǎn)，單極－大地運(yùn)行方式是直流輸電的運(yùn)行方式之一。在這種運(yùn)行方式下，直流接地極作為直流工作電流的返回通道，是直流輸電系統(tǒng)的重要組成部分，將會影響接地極周圍變電站接地網(wǎng)地電位的變化。國華臺電1、2號主變從2004年初開始，不時出現(xiàn)變壓器噪聲增大事例，其中絕大多數(shù)情況與南方電網(wǎng)直流輸電單極大地回路運(yùn)行有關(guān)。據(jù)不完全統(tǒng)計，自2005年7月至2006年8月之間就發(fā)生的變壓器直流偏磁事件44起，其中變壓器中性點(diǎn)電流超過15A的事件30起，單臺變壓器最大中性點(diǎn)電流達(dá)58A。表1為臺山電廠自2006年3月至2006年8月發(fā)生的幾次較為嚴(yán)重的直流偏磁事件的主要數(shù)據(jù)，其中中性點(diǎn)電流僅記錄數(shù)值，未記錄方向。

主變中性點(diǎn)隔直項目背景（1/3）

主變中性點(diǎn)隔直項目背景(2/3)表1：主變中性點(diǎn)直流記錄變壓器容許多大的直流電流在很大程度上取決于變壓器設(shè)計，即與變壓器結(jié)構(gòu)、鐵心材料、磁通密度取值等因素有關(guān)。我公司1、2號主變?yōu)槿辔逯剑磭野l(fā)改委發(fā)布的DL/T5224-2005《高壓直流輸電大地返回運(yùn)行系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)定》，中性點(diǎn)允許流過的直流電流為1762×0.5％＝8.81A。對于已投運(yùn)的變壓器，如流過變壓器中性點(diǎn)接地極直流電流大于容許值，應(yīng)采取合適的限流或隔直裝置。

主變中性點(diǎn)隔直項目背景(3/3)

國華臺電高度重視主變直流偏磁問題，自2004就開始收集相關(guān)直流偏磁資料，開展對主變偏勵磁的研究工作。2005年8月編制了項目《科技創(chuàng)新項目立項建議書》并上報國華公司，同年該項目批復(fù)同意實施，并列入了2006年度國華公司科技創(chuàng)新攻關(guān)項目。為了進(jìn)一步做好主變偏勵磁的研究工作，2007年國華臺電與廣東省電機(jī)工程學(xué)會共同合作，聯(lián)合開展主變偏勵磁的研究，并于2007年8月完成了《中性點(diǎn)直流對臺山電廠主變壓器運(yùn)行影響》的研究報告。2008年4月“中性點(diǎn)直流分量對主變壓器噪音及振動影響研究”項目通過了國華公司組織的專家驗收會。研究表明，國華臺電主變壓器受直流偏磁影響嚴(yán)重，需要盡快采取措施確保主變壓器的安全運(yùn)行。

主變偏勵磁研究

主變偏勵磁研究工作分析了臺山電廠因高肇直流故障引起的嚴(yán)重直流偏磁事件，同時也提出了四種處理方案：變壓器中性點(diǎn)加裝小電阻、加裝電容隔直裝置、注入反向直流裝置及電位補(bǔ)償裝置。根據(jù)這四種方案在實際中的應(yīng)用情況，國華臺電于2008年4月分別到陽江、清遠(yuǎn)、惠州三個地點(diǎn)進(jìn)行了專項調(diào)研工作，并形成調(diào)研報告。陽江春城變220KV變壓器中性點(diǎn)串聯(lián)一個小電阻來抑制中性點(diǎn)的直流電流。惠州義和變反向注入反向電流方案（廣東省電科院研制產(chǎn)品），在變壓器中性點(diǎn)注入反向直流電流，抵消變壓器中性點(diǎn)由于直流單極輸電造成的直流電流，消除直流偏磁。清遠(yuǎn)潖江變電站采用電容法隔直技術(shù)方案。利用電容器隔直通交的技術(shù)特點(diǎn)，在變壓器中性點(diǎn)串聯(lián)一個電容器可完全抑制變壓器中性點(diǎn)的直流電流。

主變中性點(diǎn)隔直裝置調(diào)研主變中性點(diǎn)隔直裝置實施方案圖1：＃1、＃2主變共用隔直裝置接線原理圖

2008年5月國華臺電向中國神華能源股份有限公司國華電力分公司報送了《關(guān)于1～2號主變隔直項目預(yù)算調(diào)整的請示》，推薦采用主變加裝電容隔直裝置抑制主變偏勵磁影響。2008年6月國華臺電委托廣州兆能公司完成了《銅鼓A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》。2008年7月1日臺電1～2號主變加裝隔直裝置項目通過了由臺電組織的，中調(diào)繼保部、方式部、中試所、北京電科院參加的項目評審會。2008年7月國華電力分公司批準(zhǔn)了臺電1～2號主變加裝隔直裝置項目。2009年9月臺電1～2號主變加裝隔直裝置正式立項。

主變中性點(diǎn)隔直項目立項

2008年9月25日完成1～2號主變隔直設(shè)備采購及調(diào)試立項；2008年9月30日完成組織評標(biāo)或議標(biāo)，訂貨；2008年10月8日1、2號主變隔直項目施工立項；2008年10月10日1、2號主變隔直項目第一次設(shè)計聯(lián)絡(luò)會；2008年11月26日第二次設(shè)計聯(lián)絡(luò)，設(shè)計單位出施工圖；2009年2月12日隔直裝置大電流動作試驗及出廠驗收；2009年4月3日主變中性點(diǎn)隔直裝置現(xiàn)場安裝、調(diào)試完畢，具備投運(yùn)。

主變中性點(diǎn)隔直項目實施

主變中性點(diǎn)隔直裝置基本原理框圖隔直流電容狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)換向整流橋晶閘管過電壓觸發(fā)單元脫扣電感圖3裝置內(nèi)部一次系統(tǒng)原理圖

主變中性點(diǎn)隔直裝置的運(yùn)行狀態(tài)通過狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)的斷開與閉合，實現(xiàn)中性點(diǎn)的兩種運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。圖4電容接地運(yùn)行狀態(tài)圖5直接接地運(yùn)行狀態(tài)

主變中性點(diǎn)隔直裝置的運(yùn)行模式

運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行模式自動運(yùn)行模式手動運(yùn)行模式直接接地運(yùn)行狀態(tài)行為：監(jiān)視中性點(diǎn)直流電流，過電流時自動進(jìn)入電容接地運(yùn)行狀態(tài)。行為：監(jiān)視中性點(diǎn)直流電流，過電流時告警。電容接地運(yùn)行狀態(tài)行為1：監(jiān)視中性點(diǎn)電容兩端電壓，低電壓時自動進(jìn)入直接接地運(yùn)行狀態(tài)；行為2：監(jiān)視中性點(diǎn)電容兩端電壓，超過過電壓保護(hù)值時保護(hù)動作，快速進(jìn)入直接接地狀態(tài)。行為1：監(jiān)視中性點(diǎn)電容兩端電壓，低電壓時發(fā)出安全進(jìn)入直接接地狀態(tài)提示信息；行為2：監(jiān)視中性點(diǎn)電容兩端電壓，超過過電壓保護(hù)值時保護(hù)動作，快速進(jìn)入直接接地狀態(tài)。

主變中性點(diǎn)隔直裝置原理及特點(diǎn)采用在變壓器中性點(diǎn)串聯(lián)隔直電容(圖3中編號1)的解決方案，有效地隔離中性點(diǎn)直流電流；利用大容量開關(guān)(圖3中編號2)實現(xiàn)中性點(diǎn)的直接金屬性接地與串聯(lián)電容器接地的狀態(tài)轉(zhuǎn)換；當(dāng)串聯(lián)電容器接地狀態(tài)過電壓時，利用晶閘管(圖3中編號4)快速旁路，使?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)閉合——進(jìn)入直接接地運(yùn)行態(tài)；

主變中性點(diǎn)隔直裝置原理及特點(diǎn)內(nèi)嵌測控單元，根據(jù)不同的運(yùn)行狀態(tài)檢測中性點(diǎn)電流或電壓，實現(xiàn)自動或手動的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。為主控制室提供6個裝置運(yùn)行狀態(tài)指示和異常、故障告警光字牌信號；在電容接地運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)中性點(diǎn)產(chǎn)生過電壓時，快速旁路系統(tǒng)不需要外部供電即可完成從電容接地到直接接地的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

控制原理介紹——直接接地狀態(tài)

裝置處于直接接地運(yùn)行狀態(tài)時，裝置的測控單元時刻監(jiān)視中性點(diǎn)電流的變化。當(dāng)中性點(diǎn)電流大于裝置設(shè)定的狀態(tài)轉(zhuǎn)換電流門限Io(8A,15S)時。在自動運(yùn)行模式下，裝置自動進(jìn)入電容接地運(yùn)行狀態(tài)；在手動運(yùn)行模式下，裝置發(fā)出告警信號(光字牌及遠(yuǎn)程終端)，等待運(yùn)行人員通過遠(yuǎn)程終端操作手動進(jìn)入電容接地運(yùn)行狀態(tài)。

控制原理介紹——電容接地狀態(tài)1

當(dāng)進(jìn)入電容接地運(yùn)行狀態(tài)時，對應(yīng)直接接地狀態(tài)下的狀態(tài)轉(zhuǎn)換電流門限I0的值，在隔直電容兩端將產(chǎn)生與之對應(yīng)的初始電壓V0，此電壓即為形成中性點(diǎn)直流電流的直流電勢。V0值為多少，根當(dāng)時的直流負(fù)荷情況、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、大地阻抗等諸多因素有關(guān)。

控制原理介紹——電容接地狀態(tài)2

在電容接地運(yùn)行狀態(tài)下，裝置內(nèi)部設(shè)置了兩個電壓門限,即：VL：安全返回直接接地運(yùn)行的低電壓門限；（8V，60min）VH：過電壓保護(hù)返回直接接地運(yùn)行的高電壓門限；工程實施中，VL應(yīng)遠(yuǎn)低于初始電壓V0值，否則可能產(chǎn)生頻繁狀態(tài)轉(zhuǎn)換(振蕩)。VH應(yīng)高于因直流輸電系統(tǒng)引起的最大電勢的值。同時應(yīng)低于裝置及電網(wǎng)中任何電氣設(shè)備的耐壓容限；

控制原理介紹——電容接地狀態(tài)3

運(yùn)行中裝置的測控單元和快速旁路啟動單元同時監(jiān)視電容器兩端電壓。測控單元監(jiān)視電壓是否低于電壓VL，快速旁路啟動單元監(jiān)視電壓是否高于VH。當(dāng)電容兩端電壓低于VL時，裝置認(rèn)為中性點(diǎn)進(jìn)入直接接地是安全的。此時當(dāng)裝置處于自動運(yùn)行模式時，測控單元閉合狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)，進(jìn)入直接接地運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)裝置處于手動運(yùn)行模式時，發(fā)出直接接地安全提示信號(光字牌及遠(yuǎn)程終端)，等待運(yùn)行人員手動通過遠(yuǎn)程終端操作進(jìn)入直接接地運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)電容兩端電壓超過快速旁路啟動門限VH時，快速旁路系統(tǒng)啟動，裝置進(jìn)入直接接地狀態(tài)。

裝置的過電壓快速旁路保護(hù)動作試驗

通過升壓整流電源對電容器持續(xù)充電驗證裝置過電壓快速旁路保護(hù)動作試驗圖6

過電壓保護(hù)試驗接線圖

裝置的過電壓快速旁路保護(hù)動作試驗波形圖圖7

過電壓保護(hù)試驗波形圖

裝置過電壓快速旁路保護(hù)動作大電流試驗

在確保裝置能夠過電壓旁路保護(hù)動作的前提下，必須驗證裝置的大電流承受能力。圖8

過電壓快速旁路保護(hù)動作大電流試驗原理圖

裝置過電壓快速旁路保護(hù)動作大電流試驗波形圖電流有效值21kA,電流最大峰值43kA，持續(xù)時間193ms圖9

過電壓快速旁路保護(hù)動作大電流試驗波形圖

大電流試驗過程波形分析從試驗波形可以看到，當(dāng)試驗電源接通后，Uc電壓上升至裝置快速旁路保護(hù)電壓時，裝置晶閘管旁路系統(tǒng)啟動，Uc電壓開始下降。Ic迅速上升，Ic峰值最大43kA。受晶閘管旁路系統(tǒng)內(nèi)部阻抗的影響，Uc有小幅波動。約18ms左右裝置開關(guān)旁路系統(tǒng)閉合完成，Uc穩(wěn)定在0V左右，Ic持續(xù)至試驗結(jié)束。

主變中性點(diǎn)隔直現(xiàn)場設(shè)備

圖10隔直裝置本體圖11

PAC-50K裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

主變中性點(diǎn)隔直裝置監(jiān)控設(shè)備

圖12后臺監(jiān)控屏圖13后臺機(jī)監(jiān)控界面

主變中性點(diǎn)隔直NCS監(jiān)控畫面

圖14

NCS監(jiān)控界面

主變中性點(diǎn)隔直PI畫面

圖15

辦公室可以看到的PI畫面

主變中性點(diǎn)隔直裝置參數(shù)設(shè)備型號：PAC－50KB隔直電容容量：3150uF隔直電容容抗：1.01歐，50Hz旁路啟動電壓：800V旁路切換時間：<200us短時耐受電流：40KA，1秒

主變中性點(diǎn)隔直裝置定值單序號名稱定值1旁路電壓門檻值800V（硬件決定，不可調(diào)）2電流高門檻值8A3電流高門檻延時15S4電壓低門檻8V5電壓低門檻延時60min

裝置主要元件介紹——隔直電容三臺1050uF/4000V電容并聯(lián)（1.01歐/50Hz,15.8MVar)；電容誤差±10％。滿足理論計算值要來；防暴保護(hù)具有監(jiān)視內(nèi)部壓力的防暴閥；運(yùn)行溫度-25～+70°C；使用壽命>100,000小時；圖16

隔直裝置電容

裝置主要元件介紹——運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)采用單相直流開關(guān)：電動機(jī)驅(qū)動開關(guān)分?jǐn)?，同時給閉合系統(tǒng)彈簧蓄能；分?jǐn)鄷r間<200ms；電磁脫扣開關(guān)閉合時間<24ms;觸點(diǎn)額定電流600A;觸點(diǎn)實測暫態(tài)電流容量50KA/s觸點(diǎn)壓力>40N;觸點(diǎn)耐壓>4000V;機(jī)械壽命>7500次；圖17

狀態(tài)轉(zhuǎn)換開關(guān)

裝置主要元件介紹——快速旁路晶閘管回路雙晶閘管回路；采用管芯直徑88mm的大功率晶閘管；導(dǎo)通時間<3us;單個晶閘管可承受40ms、40KA的浪涌沖擊電流。圖18

快速旁路晶閘管

裝置主要元件介紹——裝置就地操作面板

在裝置上通過“遠(yuǎn)方/就地”和“跳/合”兩個旋鈕提供裝置的就地操作?？梢栽谘b置檢修時實現(xiàn)電容接地/直接接地的就地狀態(tài)轉(zhuǎn)換。當(dāng)裝置上的“遠(yuǎn)方/就地”旋鈕處于就地位置時，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端及測控單元不再對裝置具有控制功能(只具有監(jiān)視功能)，此時通過就地操作面板上的“合/跳“旋鈕控制裝置的運(yùn)行狀態(tài)。圖21

就地操作面板

裝置運(yùn)行情況1

主變中性點(diǎn)隔直裝置自2009年5月27日投入運(yùn)行至9月5日三個月來，總體運(yùn)行情況良好，當(dāng)發(fā)生高壓直流輸電線路單極對大地引起的變壓器偏勵磁時，隔直裝置均能及時準(zhǔn)確動作，抑制直流分量對變壓器的影響，累計動作百余次，正確動作率達(dá)100%。隔直裝置屬于新技術(shù)、新設(shè)備的初次投運(yùn)，受不同地區(qū)地網(wǎng)結(jié)構(gòu)和阻抗不同的因素制約，隔直裝置的部分定值需要通過試運(yùn)來確定適當(dāng)?shù)闹?。在裝置的試運(yùn)初期，由于無經(jīng)驗值可參考，為了保證變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行，隔直裝置的“電壓低門檻”、“電壓低門檻延時”取值相對保守，但實際中發(fā)現(xiàn)地網(wǎng)阻抗較小，直流分量在電容器兩端形成的電壓值相對較小，造成隔直裝置頻繁動作的現(xiàn)象。

裝置運(yùn)行情況2

為了解決隔直裝置頻繁動作的問題，電氣專業(yè)組通過討論采取了一些列的措施，主