專利名稱：反向電流法限制變壓器中性點直流電流的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種向變壓器中性點注入反向直流電流，用以限制流進變壓器中性點直流電流的方法。屬于高電壓輸變電技術領域。
背景技術：
高電壓大功率的直流輸電采用單極對大地的輸電方式時，地中將流過巨大的直流電流。例如，500kV直流輸電單極對大地輸送1500MW電力時，地中直流電流達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500kV電力變壓器形成直流偏磁，導致變壓器溫度、噪聲和振動增加，影響變壓器的安全運行。為了減小流入變壓器中性點的直流電流，降低直流偏磁對變壓器的不利影響，國外有在變壓器中性點與地間串入加電阻或電容的方法，但僅限于220kV及以下個別小容量變壓器。500kV大容量變壓器，在電網(wǎng)中的作用十分重要，在其中性點與地之間串入阻抗會引起中性點對地電位升高，對具體變壓器安全運行的影響有待評估，并且因為決定地中直流分布的因素比較復雜，串入的阻抗值難以事先確定，影響限制中性點直流的效果。對已投運并存在一定缺陷的變壓器，這種在中性點與地之間串入阻抗，限制直流電流的方法尤其不適合，因為變壓器中性點電位的升高會進一步對變壓器的安全運行帶來不利影響。
本發(fā)明人根據(jù)兩組500kV、750MVA大型變壓器在強直流偏磁下，噪聲和振動嚴重超標和油中色譜分析表明變壓器內(nèi)部存在缺陷的實際情況，提出反向電流法限制變壓器中性點直流電流的方法，經(jīng)過現(xiàn)場的實際工程實施，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和變電所外的一個獨立的補償接地極間，利用直流發(fā)生裝置向變壓器中性點注入反向直流，達到抵消并限制變壓器中性點直流電流的目的。
本發(fā)明是采取以下的技術方案來實現(xiàn)的反向電流法限制變壓器中性點直流電流的方法，其步驟如下(1)在變電所外選擇一個獨立的補償接地極；(2)將直流發(fā)生裝置的“地”端與獨立的補償接地極連接、直流發(fā)生裝置的“輸出”端與變壓器接地的中性點連接；(3)變壓器中性點直流電流監(jiān)測裝置測量變壓器中性點直流電流，獲得中性點直流電流值和方向；(4)直流發(fā)生裝置的控制器自動啟動直流發(fā)生裝置向變壓器中性點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直流電流的方法，其特征在于當電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，變電所接地網(wǎng)與變電所外獨立補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間串入限流電抗器。
本發(fā)明的原理具體敘述如下(1)技術方案的第一部分不改變變壓器中性點的原有接地回路，在原有中性點與地間不增加任何阻抗，僅在變壓器中性點與“地”間注入反向直流電流，安全可靠，達到限制變壓器中性點直流電流的目的。500kV電網(wǎng)是大電流接地系統(tǒng)，要求變壓器的中性點直接接地，因此中性點的絕緣水平遠較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的直流電流，將變壓器中性點與地斷開，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，將導致變壓器中性點電壓升高，是否超過變壓器中性點實際能承受的水平，應根據(jù)具體變壓器絕緣狀況及其中性點的絕緣水平予以評估。同時，已運行多年的變壓器，內(nèi)部的絕緣狀況會有一定下降。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雜性，中性點串入阻抗方法的效果難以事先確定，是這種方法的另一個缺點。
(2)技術方案的第二部分在變壓器中性點和變電所外的一個獨立的補償接地極間，利用直流發(fā)生裝置向變壓器中性點注入可方便調(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“變壓器中性點電流監(jiān)測裝置”的信號，根據(jù)變壓器直流偏磁電流的方向和幅值，自動控制直流發(fā)生裝置輸出電流的方向和幅值，使變壓器中性點的剩余直流電流小于變壓器允許的數(shù)值。同樣，當直流輸電的直流偏磁減小或消失后，控制器將自動控制直流發(fā)生器的輸出電流減小或完全為零。該直流發(fā)生裝置對變壓器中性點直流偏磁的抵消是“欠補償”，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電流不會給變壓器帶來更嚴重的直流偏磁。
(3)技術方案的第三部分在變電所外選擇獨立補償接地極的合適位置，并取得注入變壓器中性點直流電流的較高效率。理論上講，該補償接地極應離變電所較遠的地方，以減小補償接地極與變電所地網(wǎng)間的直接分流。但距離越遠，所需的費用通常也越高。因此，選擇補償接地極的合適位置，并取得注入變壓器中性點直流電流的較高效率成為實施本發(fā)明方法的關鍵問題之一。本方法通過變電所周圍不同位置安放補償接地極的注入電流測試，尋找到距離變電所近，可安放補償接地極，且注入中性點電流效率較高的合適位置。
(4)技術方案的第四部分當電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，變電所接地網(wǎng)與變電所外獨立補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間串入限流電抗器，保護直流發(fā)生裝置不損壞。電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，接地的變壓器中性點流過部分短路電流，導致變壓器中性點電位升高，可能引起中性點與補償接地極間發(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，該電抗器的結構，要考慮在流過直流電流的同時，疊加交流電流。
反向電流法限制變壓器中性點直流電流的方法，不改變變壓器中性點的原有接地狀態(tài)，僅在變壓器中性點與“地”間注入反向直流電流，安全可靠，且通過調(diào)整注入中性點反向直流的幅值，容易取得限制中性點直流的良好效果。


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)和補償接地極(6)。
具體實施例方式
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施對象。
首先進行工程實施前的小電流試驗通過變電所周圍不同位置安放補償接地極的注入電流測試，尋找到距離變電所約300m處，安放臨時補償接地極和引線，并使用簡易硅整流器，結合直流輸電的單極對地運行產(chǎn)生強烈直流偏磁情況，進行了小電流抵消直流偏磁的短時試驗，試驗結果如表1所示。當中性點不注入反向電流時，武南3號和4號變壓器中性點的直流偏磁電流分別高達12.2A和12.1A。在3號變壓器中性點與臨時補償接地極間注入30A電流后，兩組變壓器的中性點電流分別下降4.6A和2.1A，變壓器中性點注入反向電流的效率約為22％ 同時，3號變壓器的噪聲和振動均下降，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數(shù)據(jù)

注直流電流采用直流鉗形電流表測量。
本實施例步驟如下(1)補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。補償接地極實測的接地電阻為0.98歐。
(2)武南兩組變壓器共設兩套直流發(fā)生裝置，兩套裝置并聯(lián)運行并可相互備用。直流發(fā)生裝置的室外設備放于3號主變南側(cè)靠圍墻的地方，每套直流發(fā)生裝置分裝在兩個“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。直流電流的光信號通過光纜傳輸至控制室的計算機顯示并轉(zhuǎn)發(fā)給直流發(fā)生裝置的控制器。
(4)補償接地極、直流發(fā)生裝置和變壓器中性點間的一次導線全部采用銅芯電纜，地下敷設。
(5)變壓器中性點注入反向直流裝置的實際投運取得成功該裝置經(jīng)現(xiàn)場系統(tǒng)調(diào)試正式投入運行，可根據(jù)直流輸電發(fā)生單極對地運行引起變壓器直流偏磁的情況，自動向變壓器中性點注入反向直流電流。
至今共有四次，每次持續(xù)運行時間超過10小時的直流輸電發(fā)生單極對地大負荷(1500MW)運行的情況，該裝置均及時輸出反向直流電流，運行正常。直流輸電單極對地的運行方式，立即引起武南兩臺500kV主變壓器強烈直流偏磁，變壓器中性點注入反向直流裝置發(fā)出報警，并顯示3號和4號變壓器中性點的直流偏磁電流分別為11A和13A。此時，變電所運行人員根據(jù)該裝置的運行規(guī)程，匯報電網(wǎng)調(diào)度同意后，將控制屏的手動/自動操作的切換把手從“手動”切換至“自動”位置，裝置自動輸出反向直流電流，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)及變壓器中性點實測的數(shù)據(jù)如表2所示。
表2 測試數(shù)據(jù)

根據(jù)在直流輸電單極對地運行同樣負荷(1500MW)下，武南兩組500kV變壓器中性點的總直流偏磁電流為24A和表2所示的兩臺變壓器中性點的剩余電流為2.6A(＝0.4A+2.2A)計算，該中性點注入反向直流電流裝置注入變壓器中性點的總電流為21.4A(＝24A-2.6A)，注入變壓器中性點的電流效率約為25％(＝21.4/(42.5+43.8))，與預期值相符，達到了該裝置的技術要求。
與此同時，測試變壓器的噪聲和振動均明顯下降，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直流電流，取得了抵消變壓器直流偏磁，確保變壓器安全運行的良好效果。
表3 變壓器在不同狀態(tài)下的噪聲和振動測試值

上述實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方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.反向電流法限制變壓器中性點直流電流的方法，其步驟如下(1)在變電所外選擇一個獨立的補償接地極；(2)將直流發(fā)生裝置的“地”端與獨立的補償接地極連接、直流發(fā)生裝置的“輸出”端與變壓器接地的中性點連接；(3)變壓器中性點直流電流監(jiān)測裝置測量變壓器中性點直流電流，獲得中性點直流電流值和方向；(4)直流發(fā)生裝置的控制器自動啟動直流發(fā)生裝置向變壓器中性點注入與直流偏磁相反的電流。
2.根據(jù)權利要求1所述的反向電流法限制變壓器中性點直流電流的方法，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)權利要求1所述的反向電流法限制變壓器中性點直流電流的方法，其特征在于當電力系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，變電所接地網(wǎng)與變電所外獨立補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直流電流的方法。直流輸電以單極大地回線的運行方式下，交流電網(wǎng)變壓器中性點流進大量直流電流引起直流偏磁。變壓器直流偏磁導致變壓器噪聲、振動和溫升的增加，影響安全運行。本發(fā)明使用直流電流發(fā)生裝置，在變壓器中性點注入反向直流電流，抵消變壓器的直流偏磁，消除直流偏磁對變壓器安全運行的影響。該方法不改動變壓器的原有接線，接線簡單，易實施，安全可靠且抵消直流偏磁的效果明顯。
文檔編號H02H7/04GK1625010SQ200410066190
公開日2005年6月8日 申請日期2004年12月10日 優(yōu)先權日2004年12月10日
發(fā)明者蒯狄正, 劉成民, 萬達, 卞超, 王紅星, 韋海榮 申請人:江蘇省電力科學研究院有限公司