專利名稱：反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種向變壓器中性點(diǎn)注入反向直流電流，用以限制流進(jìn)變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法。屬于高電壓輸變電技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高電壓大功率的直流輸電采用單極對(duì)大地的輸電方式時(shí)，地中將流過巨大的直流電流。例如，500kV直流輸電單極對(duì)大地輸送1500MW電力時(shí)，地中直流電流達(dá)3000A。該巨大地中直流電流的一部分分流入高電壓交流電網(wǎng)，對(duì)500kV電力變壓器形成直流偏磁，導(dǎo)致變壓器溫度、噪聲和振動(dòng)增加，影響變壓器的安全運(yùn)行。為了減小流入變壓器中性點(diǎn)的直流電流，降低直流偏磁對(duì)變壓器的不利影響，國外有在變壓器中性點(diǎn)與地間串入加電阻或電容的方法，但僅限于220kV及以下個(gè)別小容量變壓器。500kV大容量變壓器，在電網(wǎng)中的作用十分重要，在其中性點(diǎn)與地之間串入阻抗會(huì)引起中性點(diǎn)對(duì)地電位升高，對(duì)具體變壓器安全運(yùn)行的影響有待評(píng)估，并且因?yàn)闆Q定地中直流分布的因素比較復(fù)雜，串入的阻抗值難以事先確定，影響限制中性點(diǎn)直流的效果。對(duì)已投運(yùn)并存在一定缺陷的變壓器，這種在中性點(diǎn)與地之間串入阻抗，限制直流電流的方法尤其不適合，因?yàn)樽儔浩髦行渣c(diǎn)電位的升高會(huì)進(jìn)一步對(duì)變壓器的安全運(yùn)行帶來不利影響。
本發(fā)明人根據(jù)兩組500kV、750MVA大型變壓器在強(qiáng)直流偏磁下，噪聲和振動(dòng)嚴(yán)重超標(biāo)和油中色譜分析表明變壓器內(nèi)部存在缺陷的實(shí)際情況，提出反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法，經(jīng)過現(xiàn)場的實(shí)際工程實(shí)施，表明該方法安全可靠，接線簡單，抵消變壓器直流偏磁的效果明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在變壓器中性點(diǎn)和變電所外的一個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)償接地極間，利用直流發(fā)生裝置向變壓器中性點(diǎn)注入反向直流，達(dá)到抵消并限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的目的。
本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法，其步驟如下(1)在變電所外選擇一個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)償接地極；(2)將直流發(fā)生裝置的“地”端與獨(dú)立的補(bǔ)償接地極連接、直流發(fā)生裝置的“輸出”端與變壓器接地的中性點(diǎn)連接；(3)變壓器中性點(diǎn)直流電流監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量變壓器中性點(diǎn)直流電流，獲得中性點(diǎn)直流電流值和方向；(4)直流發(fā)生裝置的控制器自動(dòng)啟動(dòng)直流發(fā)生裝置向變壓器中性點(diǎn)注入與直流偏磁相反的電流。
前述的反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法，其特征在于其中直流發(fā)生裝置向變壓器中性點(diǎn)注入的反向直流是可方便調(diào)節(jié)的反向直流。
前述的反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法，其特征在于當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，變電所接地網(wǎng)與變電所外獨(dú)立補(bǔ)償接地極間存在電位差，在直流發(fā)生裝置與變壓器中性點(diǎn)間串入限流電抗器。
本發(fā)明的原理具體敘述如下(1)技術(shù)方案的第一部分不改變變壓器中性點(diǎn)的原有接地回路，在原有中性點(diǎn)與地間不增加任何阻抗，僅在變壓器中性點(diǎn)與“地”間注入反向直流電流，安全可靠，達(dá)到限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的目的。500kV電網(wǎng)是大電流接地系統(tǒng)，要求變壓器的中性點(diǎn)直接接地，因此中性點(diǎn)的絕緣水平遠(yuǎn)較500kV首端低，大約僅為首端絕緣水平的五分之一左右。如果為了限制變壓器中性點(diǎn)的直流電流，將變壓器中性點(diǎn)與地?cái)嚅_，串入電阻或電容，在電網(wǎng)發(fā)生短路故障或變壓器遭受外部高電壓作用時(shí)，將導(dǎo)致變壓器中性點(diǎn)電壓升高，是否超過變壓器中性點(diǎn)實(shí)際能承受的水平，應(yīng)根據(jù)具體變壓器絕緣狀況及其中性點(diǎn)的絕緣水平予以評(píng)估。同時(shí)，已運(yùn)行多年的變壓器，內(nèi)部的絕緣狀況會(huì)有一定下降。因此就變壓器自身的安全考慮，采用反向電流法是合適的。此外，由于地中電流分布的復(fù)雜性，中性點(diǎn)串入阻抗方法的效果難以事先確定，是這種方法的另一個(gè)缺點(diǎn)。
(2)技術(shù)方案的第二部分在變壓器中性點(diǎn)和變電所外的一個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)償接地極間，利用直流發(fā)生裝置向變壓器中性點(diǎn)注入可方便調(diào)節(jié)的反向直流，起到限制直流偏磁的作用。直流發(fā)生器的電源取自變電所400V所內(nèi)電源，經(jīng)調(diào)壓器向硅整流供電，濾波后，向變壓器中性點(diǎn)注入反向電流。直流發(fā)生裝置的控制器接受“變壓器中性點(diǎn)電流監(jiān)測(cè)裝置”的信號(hào)，根據(jù)變壓器直流偏磁電流的方向和幅值，自動(dòng)控制直流發(fā)生裝置輸出電流的方向和幅值，使變壓器中性點(diǎn)的剩余直流電流小于變壓器允許的數(shù)值。同樣，當(dāng)直流輸電的直流偏磁減小或消失后，控制器將自動(dòng)控制直流發(fā)生器的輸出電流減小或完全為零。該直流發(fā)生裝置對(duì)變壓器中性點(diǎn)直流偏磁的抵消是“欠補(bǔ)償”，以便在直流輸電的直流偏磁突然消失后，直流發(fā)生裝置形成的中性點(diǎn)電流不會(huì)給變壓器帶來更嚴(yán)重的直流偏磁。
(3)技術(shù)方案的第三部分在變電所外選擇獨(dú)立補(bǔ)償接地極的合適位置，并取得注入變壓器中性點(diǎn)直流電流的較高效率。理論上講，該補(bǔ)償接地極應(yīng)離變電所較遠(yuǎn)的地方，以減小補(bǔ)償接地極與變電所地網(wǎng)間的直接分流。但距離越遠(yuǎn)，所需的費(fèi)用通常也越高。因此，選擇補(bǔ)償接地極的合適位置，并取得注入變壓器中性點(diǎn)直流電流的較高效率成為實(shí)施本發(fā)明方法的關(guān)鍵問題之一。本方法通過變電所周圍不同位置安放補(bǔ)償接地極的注入電流測(cè)試，尋找到距離變電所近，可安放補(bǔ)償接地極，且注入中性點(diǎn)電流效率較高的合適位置。
(4)技術(shù)方案的第四部分當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，變電所接地網(wǎng)與變電所外獨(dú)立補(bǔ)償接地極間存在電位差，在直流發(fā)生裝置與變壓器中性點(diǎn)間串入限流電抗器，保護(hù)直流發(fā)生裝置不損壞。電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，接地的變壓器中性點(diǎn)流過部分短路電流，導(dǎo)致變壓器中性點(diǎn)電位升高，可能引起中性點(diǎn)與補(bǔ)償接地極間發(fā)生較高的電流。為降低該電流至直流發(fā)生裝置硅整流元件允許的范圍，串入限流電抗器。限流電抗器的阻抗值，取決于變電所地網(wǎng)的電位升高和硅整流允許電流值。此外，該電抗器的結(jié)構(gòu)，要考慮在流過直流電流的同時(shí)，疊加交流電流。
反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法，不改變變壓器中性點(diǎn)的原有接地狀態(tài)，僅在變壓器中性點(diǎn)與“地”間注入反向直流電流，安全可靠，且通過調(diào)整注入中性點(diǎn)反向直流的幅值，容易取得限制中性點(diǎn)直流的良好效果。


圖1是本發(fā)明反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法的接線圖；其中電網(wǎng)(1)、變壓器(2)、限流電抗器(3)、直流發(fā)生裝置(4)、變電所接地網(wǎng)(5)和補(bǔ)償接地極(6)。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示的本發(fā)明反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法的接線圖；選擇武南變電所的500kV、750MVA大型變壓器作工程實(shí)施對(duì)象。
首先進(jìn)行工程實(shí)施前的小電流試驗(yàn)通過變電所周圍不同位置安放補(bǔ)償接地極的注入電流測(cè)試，尋找到距離變電所約300m處，安放臨時(shí)補(bǔ)償接地極和引線，并使用簡易硅整流器，結(jié)合直流輸電的單極對(duì)地運(yùn)行產(chǎn)生強(qiáng)烈直流偏磁情況，進(jìn)行了小電流抵消直流偏磁的短時(shí)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。當(dāng)中性點(diǎn)不注入反向電流時(shí)，武南3號(hào)和4號(hào)變壓器中性點(diǎn)的直流偏磁電流分別高達(dá)12.2A和12.1A。在3號(hào)變壓器中性點(diǎn)與臨時(shí)補(bǔ)償接地極間注入30A電流后，兩組變壓器的中性點(diǎn)電流分別下降4.6A和2.1A，變壓器中性點(diǎn)注入反向電流的效率約為22％ 同時(shí)，3號(hào)變壓器的噪聲和振動(dòng)均下降，說明抵消偏磁是起作用的。
表1 小電流抵消武南變壓器直流偏磁試驗(yàn)數(shù)據(jù)

注直流電流采用直流鉗形電流表測(cè)量。
本實(shí)施例步驟如下(1)補(bǔ)償接地極位于武南變電所大門外300m處，該接地極埋于地下，地上仍可作其他用途。補(bǔ)償接地極實(shí)測(cè)的接地電阻為0.98歐。
(2)武南兩組變壓器共設(shè)兩套直流發(fā)生裝置，兩套裝置并聯(lián)運(yùn)行并可相互備用。直流發(fā)生裝置的室外設(shè)備放于3號(hào)主變南側(cè)靠圍墻的地方，每套直流發(fā)生裝置分裝在兩個(gè)“葙式變”的箱內(nèi)。限流電抗器放于“箱式變”旁，露天布置。兩套直流發(fā)生裝置設(shè)一共用的室內(nèi)控制器，室內(nèi)控制器置于控制室的繼電器室。
(3)直流監(jiān)測(cè)裝置的電流互感器和電光轉(zhuǎn)換元件位于室外。直流電流的光信號(hào)通過光纜傳輸至控制室的計(jì)算機(jī)顯示并轉(zhuǎn)發(fā)給直流發(fā)生裝置的控制器。
(4)補(bǔ)償接地極、直流發(fā)生裝置和變壓器中性點(diǎn)間的一次導(dǎo)線全部采用銅芯電纜，地下敷設(shè)。
(5)變壓器中性點(diǎn)注入反向直流裝置的實(shí)際投運(yùn)取得成功該裝置經(jīng)現(xiàn)場系統(tǒng)調(diào)試正式投入運(yùn)行，可根據(jù)直流輸電發(fā)生單極對(duì)地運(yùn)行引起變壓器直流偏磁的情況，自動(dòng)向變壓器中性點(diǎn)注入反向直流電流。
至今共有四次，每次持續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過10小時(shí)的直流輸電發(fā)生單極對(duì)地大負(fù)荷(1500MW)運(yùn)行的情況，該裝置均及時(shí)輸出反向直流電流，運(yùn)行正常。直流輸電單極對(duì)地的運(yùn)行方式，立即引起武南兩臺(tái)500kV主變壓器強(qiáng)烈直流偏磁，變壓器中性點(diǎn)注入反向直流裝置發(fā)出報(bào)警，并顯示3號(hào)和4號(hào)變壓器中性點(diǎn)的直流偏磁電流分別為11A和13A。此時(shí)，變電所運(yùn)行人員根據(jù)該裝置的運(yùn)行規(guī)程，匯報(bào)電網(wǎng)調(diào)度同意后，將控制屏的手動(dòng)/自動(dòng)操作的切換把手從“手動(dòng)”切換至“自動(dòng)”位置，裝置自動(dòng)輸出反向直流電流，取得抵消變壓器直流偏磁的良好效果。裝置控制器顯示的數(shù)據(jù)及變壓器中性點(diǎn)實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 測(cè)試數(shù)據(jù)

根據(jù)在直流輸電單極對(duì)地運(yùn)行同樣負(fù)荷(1500MW)下，武南兩組500kV變壓器中性點(diǎn)的總直流偏磁電流為24A和表2所示的兩臺(tái)變壓器中性點(diǎn)的剩余電流為2.6A(＝0.4A+2.2A)計(jì)算，該中性點(diǎn)注入反向直流電流裝置注入變壓器中性點(diǎn)的總電流為21.4A(＝24A-2.6A)，注入變壓器中性點(diǎn)的電流效率約為25％(＝21.4/(42.5+43.8))，與預(yù)期值相符，達(dá)到了該裝置的技術(shù)要求。
與此同時(shí)，測(cè)試變壓器的噪聲和振動(dòng)均明顯下降，并符合訂貨合同和制造廠的允許值，如表3所示。
綜上所述，反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流，取得了抵消變壓器直流偏磁，確保變壓器安全運(yùn)行的良好效果。
表3 變壓器在不同狀態(tài)下的噪聲和振動(dòng)測(cè)試值

上述實(shí)施例不以任何形式限定本發(fā)明，凡采取等同替換或等效變換的形式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法，其步驟如下(1)在變電所外選擇一個(gè)獨(dú)立的補(bǔ)償接地極；(2)將直流發(fā)生裝置的“地”端與獨(dú)立的補(bǔ)償接地極連接、直流發(fā)生裝置的“輸出”端與變壓器接地的中性點(diǎn)連接；(3)變壓器中性點(diǎn)直流電流監(jiān)測(cè)裝置測(cè)量變壓器中性點(diǎn)直流電流，獲得中性點(diǎn)直流電流值和方向；(4)直流發(fā)生裝置的控制器自動(dòng)啟動(dòng)直流發(fā)生裝置向變壓器中性點(diǎn)注入與直流偏磁相反的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法，其特征在于其中直流發(fā)生裝置向變壓器中性點(diǎn)注入的反向直流是可方便調(diào)節(jié)的反向直流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法，其特征在于當(dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)，變電所接地網(wǎng)與變電所外獨(dú)立補(bǔ)償接地極間存在電位差，在直流發(fā)生裝置與變壓器中性點(diǎn)間串入限流電抗器。
全文摘要
本發(fā)明為一種用反向電流法限制變壓器中性點(diǎn)直流電流的方法。直流輸電以單極大地回線的運(yùn)行方式下，交流電網(wǎng)變壓器中性點(diǎn)流進(jìn)大量直流電流引起直流偏磁。變壓器直流偏磁導(dǎo)致變壓器噪聲、振動(dòng)和溫升的增加，影響安全運(yùn)行。本發(fā)明使用直流電流發(fā)生裝置，在變壓器中性點(diǎn)注入反向直流電流，抵消變壓器的直流偏磁，消除直流偏磁對(duì)變壓器安全運(yùn)行的影響。該方法不改動(dòng)變壓器的原有接線，接線簡單，易實(shí)施，安全可靠且抵消直流偏磁的效果明顯。
文檔編號(hào)H02H7/04GK1625010SQ200410066190
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2004年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月10日
發(fā)明者蒯狄正, 劉成民, 萬達(dá), 卞超, 王紅星, 韋海榮 申請(qǐng)人:江蘇省電力科學(xué)研究院有限公司