主變中性點(diǎn)電容隔直裝置原理及運(yùn)行維護(hù)

主變中性點(diǎn)電容隔直裝置原理及運(yùn)行維護(hù)摘要：高壓直流輸電（HVDC）在建設(shè)初期的系統(tǒng)調(diào)試、直流輸電系統(tǒng)設(shè)備故障或檢修等原因，使得直流輸電系統(tǒng)單極大地回線(xiàn)方式或雙極不平衡方式運(yùn)行不可避免。此時(shí)，強(qiáng)大的直流電流通過(guò)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(huì)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(dāng)直流電流通過(guò)接地的變壓器中性點(diǎn)流經(jīng)變壓器繞組，將引起變壓器直流偏磁、導(dǎo)致鐵芯的半波飽和，從而產(chǎn)生諧波，引起主變振動(dòng)和噪聲、過(guò)熱等問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)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(hù)誤動(dòng)等問(wèn)題，這些影響最終將危及電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行［1-2］。本文首先分析了直流分量對(duì)交流系統(tǒng)產(chǎn)生的不利影響，然后介紹了主變中性點(diǎn)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(hù)內(nèi)容。關(guān)鍵詞：變壓器；中性點(diǎn)隔直裝置；旁路開(kāi)關(guān)；直流輸電系統(tǒng)引言西電東送工程逐步實(shí)施，成就了我國(guó)電力工業(yè)史上從未有過(guò)的大規(guī)模電源與電網(wǎng)建設(shè)。高壓直流輸電能夠穩(wěn)定地遠(yuǎn)距離輸送電能，因此在我國(guó)得到迅猛發(fā)展。然而直流系統(tǒng)非正常運(yùn)行時(shí)，將產(chǎn)生較大的直流接地電流，會(huì)對(duì)接地及附近中性點(diǎn)直接接地的主變壓器正常運(yùn)行造成不利影響。為抑制流過(guò)變壓器中性點(diǎn)的直流分量，需在變電站增加隔直裝置，以對(duì)流過(guò)變壓器中性點(diǎn)的直流電流采取限制措施，避免影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)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(lì)磁電流正負(fù)半周明顯不對(duì)稱(chēng)，低壓側(cè)電壓波形總畸變率明顯升高，將對(duì)交流系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響：（1） 變壓器振動(dòng)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(yùn)行噪聲和振動(dòng)加劇，這已被多次的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)所證實(shí)；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(fù)半波對(duì)稱(chēng)的周期性勵(lì)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(lì)磁電流中出現(xiàn)了偶次諧波。此時(shí)，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(hù)誤動(dòng)、周波表不能正常工作等。（3） 變壓器無(wú)功損耗增加。由于直流偏磁引起變壓器飽和，勵(lì)磁電流大大增加，使變壓器無(wú)功損耗增加，它可使系統(tǒng)電壓下降，嚴(yán)重時(shí)可使整個(gè)電網(wǎng)崩潰。（4） 繼電保護(hù)系統(tǒng)故障。由于變壓器直流偏磁引起的波形嚴(yán)重畸變，會(huì)導(dǎo)致部分繼電保護(hù)裝置不能正確動(dòng)作，其產(chǎn)生的零序次諧波如3/6/9次諧波可能導(dǎo)致零序電壓或電流啟動(dòng)的繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)。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(kāi)關(guān)K3；可控硅組SCR；限流電抗器L；SCR觸發(fā)單元；瞬時(shí)電壓監(jiān)測(cè)單元KSvM；瞬時(shí)電流監(jiān)測(cè)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(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)。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(diǎn)和地網(wǎng)之間，將一組電容器C串聯(lián)接入。旁路開(kāi)關(guān)K3與電容器并聯(lián)，旁路開(kāi)關(guān)K3閉合時(shí)，主變中性點(diǎn)直接接地；旁路開(kāi)關(guān)K3斷開(kāi)時(shí)，主變中性點(diǎn)處于隔直接地狀態(tài)。3隔直裝置控制策略對(duì)于變壓器中性點(diǎn)接地運(yùn)行的變壓器而言，電容隔直裝置旁路開(kāi)關(guān)正常運(yùn)行方式下處于合閘狀態(tài)：通過(guò)電流、電壓傳感器監(jiān)測(cè)變壓器中性線(xiàn)的交流電流和直流分量電容器上的直流電壓，按照預(yù)設(shè)策略控制電容隔直裝置旁路開(kāi)關(guān)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(yùn)行或不對(duì)稱(chēng)運(yùn)行，均為非正常運(yùn)行工況，發(fā)生概率低，持續(xù)時(shí)間短，為接地變壓器及隔直電容器運(yùn)行的安全起見(jiàn)，電容隔直裝置的運(yùn)行與控制控制策略是：晶閘管旁路SCR在關(guān)斷狀態(tài)（不導(dǎo)通），機(jī)械旁路開(kāi)關(guān)K3閉合，變壓器中性點(diǎn)直接接地，隔直電容器被旁路短接；裝置為旁路運(yùn)行狀態(tài)，變壓器中性點(diǎn)為直接接地運(yùn)行狀態(tài)。3.2隔直運(yùn)行狀態(tài)（電容器投入）當(dāng)檢測(cè)到中性點(diǎn)直流電流超過(guò)設(shè)定限值且時(shí)間達(dá)到時(shí)限：若此時(shí)檢測(cè)到的中性點(diǎn)零序交流電流ACCT小于設(shè)定限值時(shí)控制旁路開(kāi)關(guān)K3打開(kāi)，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(cè)到中性點(diǎn)零序電流ACCT大于設(shè)定限值時(shí)，認(rèn)為交流系統(tǒng)有不對(duì)稱(chēng)短路故障，保持旁路開(kāi)關(guān)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(shí)，當(dāng)檢測(cè)到電容器直流電壓恢復(fù)到設(shè)定限值以下且達(dá)到延時(shí)時(shí)間，控制旁路開(kāi)關(guān)合閘，退出隔直狀態(tài)；否則，保持隔直狀態(tài)；當(dāng)電容器兩端直流電壓仍大于設(shè)定限值，若檢測(cè)到中性點(diǎn)零序電流超過(guò)設(shè)定限值或電容器電壓達(dá)到預(yù)設(shè)定值時(shí)，認(rèn)為交流系統(tǒng)有不對(duì)稱(chēng)短路故障，裝置迅速觸發(fā)導(dǎo)通晶閘管旁路SCR并觸發(fā)閉合機(jī)械旁路開(kāi)關(guān)，退出隔直狀態(tài)。4巡視及維護(hù)管理按照日常巡視作業(yè)表單進(jìn)行日常巡視：（1） 運(yùn)行值班人員應(yīng)結(jié)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(wú)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(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控界面有無(wú)報(bào)警信號(hào)及異常信號(hào)；（4） 查看變電站自動(dòng)化系統(tǒng)的電容式隔直裝置有無(wú)異常告警信號(hào)；（5） 按照日常巡視作業(yè)表單進(jìn)行日常巡視。專(zhuān)業(yè)巡視每季度異常，巡視項(xiàng)目同日常巡視，如電容器隔直裝置長(zhǎng)時(shí)間無(wú)動(dòng)作，應(yīng)每季度對(duì)隔直裝置旁路開(kāi)關(guān)執(zhí)行異常手動(dòng)分、合閘操作，操作前應(yīng)先通知調(diào)度管理部門(mén)。操作完成后，應(yīng)向調(diào)度匯報(bào)并做好操作記錄。雷雨、臺(tái)風(fēng)期間等異常天氣情況下應(yīng)進(jìn)行特殊巡視，檢查裝置運(yùn)行情況是否良好。高溫天氣時(shí)，應(yīng)查看裝置風(fēng)冷系統(tǒng)是否啟動(dòng)。結(jié)語(yǔ)本文分析了直流偏磁對(duì)主變產(chǎn)生的不利影響，研究了隔直裝置的原來(lái)及控制策略，并對(duì)電容隔直裝置的日常維護(hù)及巡視內(nèi)容進(jìn)行了說(shuō)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(diǎn)直流偏磁問(wèn)題相對(duì)突出。通過(guò)在變壓器中性點(diǎn)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(duì)變壓器正常運(yùn)行的影響，提高電力系統(tǒng)的安全可靠性。相關(guān)工作人員應(yīng)對(duì)電容隔直裝置的原理及其動(dòng)作邏輯進(jìn)行深入了解，以提高設(shè)備的運(yùn)維水平。參考文獻(xiàn)：蒯狄正，萬(wàn)達(dá)，鄒云.直流輸電地中電流對(duì)電網(wǎng)設(shè)備影響的分析與處理[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2005,29(2).楊鑫，馮正偉，汪銘峰，等.電容型隔直裝置對(duì)電網(wǎng)設(shè)備及線(xiàn)路保護(hù)的影響分析L].東北電力技術(shù)，2015(08)：27-31.靖峰，韓源，楊麗薇，等.主變中性點(diǎn)隔直裝置在工程中的設(shè)計(jì)及應(yīng)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