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直流偏磁对中性点接地变压器的影响及其抑制措施张郝(广州电力
直流偏磁对中性点接地变压器的影响及其抑制措施
张郝
(广州电力设计院,广州,510610)
Influence of DC Magnetic Bias on Transformer and its Restricting Methods
Hao Zhang
(Guangzhou Electric Power Design Institute,Guangzhou 510610,China )ABSTRACT:KEY WORDS:
摘要:高压直流输电给中性点接地变压器带来了直流偏磁问题。本文介绍了直流偏磁的基本原理及其影响,分析了目前常用补偿措施的优缺点,提出了一种实用的基于PWM-CSR的补偿装置,仿真验证了该装置的有效性。
关键词: 直流偏磁 变压器 PWM电流源整流器 高压直流输电
0 前言
近年来,高压直流输电(HVDC)技术以其可实现大容量输送、网损较小、线路投资较少、不存在交流输电稳定性问题制约等优势,在我国得到越来越广泛的应用[1]。在HVDC系统投运初期,由于受征地和经济运行等因素的制约,HVDC在投运初期或事故情况下通常采用单级运行方式,在这种方式下大地充当了直流输电线路的另一根导线,以单级大地回路方式送电,如图1所示。当直流接地极的入地电流导致地电位升高时,会对附近中性点接地电网设备造成影响[2]。如果两个变电站地网之间存在电位差,由于交流系统的直流电阻较小,入地直流电流将会流入中性点直接接地的变压器,产生直流偏磁现象。另外,太阳磁暴引起的地磁感应电流(GIC)也会引起变压器的直流偏磁[3,4]。本文首先分析了直流偏磁的基本原理和其对电力变压器的影响[5-7],然后比较了目前抑制直流偏磁的主要措施[4,8-10],提出一种实用的基于PWM-CSR的补偿装置,仿真验证了该装置的有效性。
图1 单极性直流输电系统
1 直流偏磁的影响分析
1.1 直流偏磁的基本原理
变压器中性点流入直流电流时,产生直流偏磁的励磁特性曲线和输出电流变化情况如图1所示。图(a)所示为铁芯磁通曲线,图(b)为变压器磁化曲线,图(c)为励磁电流曲线。从图中可以看出,当有直流分量流入绕组时,磁路工作在磁化曲线的非线性段,励磁电流波形将会发生严重畸变,且畸变程度会随着铁芯饱和程度的加深而愈发严重。
图2 直流偏磁原理图
1.2 直流偏磁对变压器的影响
(1)无功消耗增大。变压器在正常运行时所需励磁电流很小,较小的偏置电流就可引起变压器的半波饱和,变压器无功消耗会随着励磁电流的增加而增大。
(2)噪音增大、振动加强。严重畸变的励磁电流中所含的谐波分量大大增加,会由于谐波频率与变压器结构部件的固有频率发生共振而使噪音增大。同时,畸变电流引起的漏磁磁通导致磁致伸缩加剧,使变压器振动加强。
(3)继电保护误动作。交流系统产生的谐波会引起系统电压波形的畸变,导致继电保护误动作。
(4)损耗、温升。励磁电流的增大导致铜耗变大,同时磁滞损耗和涡流损耗使铁耗大大增加,这两部分损耗转换成热能后,使变压器发热增加。
2 直流偏磁的抑制措施
由上一节可以看出,直流偏磁会对电力变压器的正常运行带来严重影响,因此必须采取有效措施来抑制变压器的直流偏磁现象。目前,抑制变压器直流偏磁的措施主要有四种:中性点串联电阻、交流线路上串接电容、变压器中性点串接电容、反向注入电流[4,8,9]。
2.1 中性点串联电阻
在变压器中性点和接地网之间串入一个电阻,通过合理选取电阻阻值,可以显著降低流过变压器中性点的直流电流,使直流电流值控制在变压器允许的范围内。
这种措施原理简单、易于实现,但是在中性点接入电阻后,阻值整定工作繁琐且无法完全抵消直流电流。在有雷电波入侵的情况下,将会在中性点电阻上形成过电压,使中性点电位大大提高,可能对变压器运行造成影响。另外,串入的电阻改变了系统的零序参数,会对零序电流保护造成影响。
2.2 交流线路上串接电容
在交流输电线路侧串联电容器,可以隔断直流电流的回路,达到抑制直流电流的效果。
串联电容可以同时增大线路输送能力,提高交流系统暂态稳定。但是这种方式投资较高,需要空间较大。在系统发生单相接地故障时,过大的零序电流可能会造成电容器的损坏甚至爆炸。
2.3 中性点串接电容
图3 中性点串接电容法原理图
中性点串接电容的隔直装置如3所示,装置工作于直接接地和隔直两种状态。在接地状态下,旁路接地开关DB闭合,变压器中性点直接接地。在隔直状态下,DB断开,电容可以有效隔断直流电流。
这种装置隔直效率高,对继保影响较小。但由于旁路保护系统较为复杂,在故障情况下中性点有大电流通过时可能会损坏电容。
2.4 反向注入电流
这种措施是在变压器中性点串入一个直流发生装置,根据检测到的直流电流值,动态实时输出反向直流电流,实现直流电流的补偿
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