主變中性點電容隔直裝置原理及運行維護

主變中性點電容隔直裝置原理及運行維護摘要：高壓直流輸電（HVDC）在建設初期的系統(tǒng)調(diào)試、直流輸電系統(tǒng)設備故障或檢修等原因，使得直流輸電系統(tǒng)單極大地回線方式或雙極不平衡方式運行不可避免。此時，強大的直流電流通過接地極注入大地，經(jīng)大地流到直流系統(tǒng)的另一端。直流電流會在流經(jīng)的大地路徑上產(chǎn)生電位差，可引起數(shù)十安的直流電流經(jīng)交流系統(tǒng)傳輸。當直流電流通過接地的變壓器中性點流經(jīng)變壓器繞組，將引起變壓器直流偏磁、導致鐵芯的半波飽和，從而產(chǎn)生諧波，引起主變振動和噪聲、過熱等問題，嚴重時可導致變壓器損壞。諧波還可能引起電容電抗器組的諧振損壞、引起保護誤動等問題，這些影響最終將危及電力系統(tǒng)的安全運行［1-2］。本文首先分析了直流分量對交流系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響，然后介紹了主變中性點電容式隔直裝置的原理及控制策略，最后介紹了隔直裝置日常巡視及維護內(nèi)容。關鍵詞：變壓器；中性點隔直裝置；旁路開關；直流輸電系統(tǒng)引言西電東送工程逐步實施，成就了我國電力工業(yè)史上從未有過的大規(guī)模電源與電網(wǎng)建設。高壓直流輸電能夠穩(wěn)定地遠距離輸送電能，因此在我國得到迅猛發(fā)展。然而直流系統(tǒng)非正常運行時，將產(chǎn)生較大的直流接地電流，會對接地及附近中性點直接接地的主變壓器正常運行造成不利影響。為抑制流過變壓器中性點的直流分量，需在變電站增加隔直裝置，以對流過變壓器中性點的直流電流采取限制措施，避免影響電力系統(tǒng)的安全運行［3-6］。1直流接地電流不利影響分析由直流輸電系統(tǒng)引起的變壓器直流偏磁現(xiàn)象中，變壓器勵磁電流正負半周明顯不對稱，低壓側電壓波形總畸變率明顯升高，將對交流系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響：（1） 變壓器振動和噪聲加劇、溫升增加。變壓器直流偏磁引起的半波飽和使得運行噪聲和振動加劇，這已被多次的現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)所證實；部分變壓器還發(fā)現(xiàn)溫升增加的情況（2） 產(chǎn)生諧波。正負半波對稱的周期性勵磁電流中只含奇次諧波。由于直流偏磁的作用，使半波深度飽和的變壓器勵磁電流中出現(xiàn)了偶次諧波。此時，變壓器成了交流系統(tǒng)中的諧波源，引起系統(tǒng)電壓波形畸變、電容器組發(fā)生諧振損壞、繼電保護誤動、周波表不能正常工作等。（3） 變壓器無功損耗增加。由于直流偏磁引起變壓器飽和，勵磁電流大大增加，使變壓器無功損耗增加，它可使系統(tǒng)電壓下降，嚴重時可使整個電網(wǎng)崩潰。（4） 繼電保護系統(tǒng)故障。由于變壓器直流偏磁引起的波形嚴重畸變，會導致部分繼電保護裝置不能正確動作，其產(chǎn)生的零序次諧波如3/6/9次諧波可能導致零序電壓或電流啟動的繼電保護裝置誤動。2電容隔直裝置原理圖1隔直裝置電氣原理圖如圖1所示為電容隔直裝置原理圖，其主要電氣組成元件包括：電容器組C；隔直（旁路）開關K3；可控硅組SCR；限流電抗器L；SCR觸發(fā)單元；瞬時電壓監(jiān)測單元KSvM；瞬時電流監(jiān)測單元KScM；直流電壓傳感器PT1，PT2；直流電流傳感器DCCT1，DCCT2；交流電流互感器ACCT；數(shù)字控制器；遠程監(jiān)控計算機。電容隔直裝置利用電容的"隔直流、通交流〃的特性，在變壓器中性點和地網(wǎng)之間，將一組電容器C串聯(lián)接入。旁路開關K3與電容器并聯(lián)，旁路開關K3閉合時，主變中性點直接接地；旁路開關K3斷開時，主變中性點處于隔直接地狀態(tài)。3隔直裝置控制策略對于變壓器中性點接地運行的變壓器而言，電容隔直裝置旁路開關正常運行方式下處于合閘狀態(tài)：通過電流、電壓傳感器監(jiān)測變壓器中性線的交流電流和直流分量電容器上的直流電壓，按照預設策略控制電容隔直裝置旁路開關的分、合閘。3.1正常情況：由于交流系統(tǒng)的接地故障和直流系統(tǒng)單極運行或不對稱運行，均為非正常運行工況，發(fā)生概率低，持續(xù)時間短，為接地變壓器及隔直電容器運行的安全起見，電容隔直裝置的運行與控制控制策略是：晶閘管旁路SCR在關斷狀態(tài)（不導通），機械旁路開關K3閉合，變壓器中性點直接接地，隔直電容器被旁路短接；裝置為旁路運行狀態(tài)，變壓器中性點為直接接地運行狀態(tài)。3.2隔直運行狀態(tài)（電容器投入）當檢測到中性點直流電流超過設定限值且時間達到時限：若此時檢測到的中性點零序交流電流ACCT小于設定限值時控制旁路開關K3打開，將電容器C接入變壓器及地網(wǎng)之間；裝置工作在隔直狀態(tài)若檢測到中性點零序電流ACCT大于設定限值時，認為交流系統(tǒng)有不對稱短路故障，保持旁路開關處于合位置3.3電容隔直裝置隔直狀態(tài)的退出電容隔直裝置在隔直狀態(tài)時，當檢測到電容器直流電壓恢復到設定限值以下且達到延時時間，控制旁路開關合閘，退出隔直狀態(tài)；否則，保持隔直狀態(tài)；當電容器兩端直流電壓仍大于設定限值，若檢測到中性點零序電流超過設定限值或電容器電壓達到預設定值時，認為交流系統(tǒng)有不對稱短路故障，裝置迅速觸發(fā)導通晶閘管旁路SCR并觸發(fā)閉合機械旁路開關，退出隔直狀態(tài)。4巡視及維護管理按照日常巡視作業(yè)表單進行日常巡視：（1） 運行值班人員應結合變電站巡視周期，檢查電容器隔直裝置是否有異常;（2） 查看電容隔直裝置外觀有無異常，一次接地電纜及裝置外殼與地網(wǎng)連接是否良好，查看電纜封堵是否完好；（3） 查看上位機實時監(jiān)控界面有無報警信號及異常信號；（4） 查看變電站自動化系統(tǒng)的電容式隔直裝置有無異常告警信號；（5） 按照日常巡視作業(yè)表單進行日常巡視。專業(yè)巡視每季度異常，巡視項目同日常巡視，如電容器隔直裝置長時間無動作，應每季度對隔直裝置旁路開關執(zhí)行異常手動分、合閘操作，操作前應先通知調(diào)度管理部門。操作完成后，應向調(diào)度匯報并做好操作記錄。雷雨、臺風期間等異常天氣情況下應進行特殊巡視，檢查裝置運行情況是否良好。高溫天氣時，應查看裝置風冷系統(tǒng)是否啟動。結語本文分析了直流偏磁對主變產(chǎn)生的不利影響，研究了隔直裝置的原來及控制策略，并對電容隔直裝置的日常維護及巡視內(nèi)容進行了說明。廣東地區(qū)處于西電東送的主通道，受到高壓直流輸電系統(tǒng)的影響較大，變壓器中性點直流偏磁問題相對突出。通過在變壓器中性點處安裝電容式隔直裝置，能夠有效減少大地直流電流分量對變壓器正常運行的影響，提高電力系統(tǒng)的安全可靠性。相關工作人員應對電容隔直裝置的原理及其動作邏輯進行深入了解，以提高設備的運維水平。參考文獻：蒯狄正，萬達，鄒云.直流輸電地中電流對電網(wǎng)設備影響的分析與處理[J].電力系統(tǒng)自動化，2005,29(2).楊鑫，馮正偉，汪銘峰，等.電容型隔直裝置對電網(wǎng)設備及線路保護的影響分析L].東北電力技術，2015(08)：27-31.靖峰，韓源，楊麗薇，等.主變中性點隔直裝置在工程中的設計及應用[J].西北水電，2016(05)：69-72.⑷劉春明，黃彩臣，潘明明，等.抑制變壓器直流偏磁的電容隔直裝置優(yōu)化配置[J].高電