专利名称：反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法
技术领域：
本发明涉及一种向变压器中性点注入反向直流电流，用以限制流进变压器中性点直流电流的方法。属于高电压输变电技术领域。
背景技术：
高电压大功率的直流输电采用单极对大地的输电方式时，地中将流过巨大的直流电流。例如，500kV直流输电单极对大地输送1500MW电力时，地中直流电流达3000A。该巨大地中直流电流的一部分分流入高电压交流电网，对500kV电力变压器形成直流偏磁，导致变压器温度、噪声和振动增加，影响变压器的安全运行。为了减小流入变压器中性点的直流电流，降低直流偏磁对变压器的不利影响，国外有在变压器中性点与地间串入加电阻或电容的方法，但仅限于220kV及以下个别小容量变压器。500kV大容量变压器，在电网中的作用十分重要，在其中性点与地之间串入阻抗会引起中性点对地电位升高，对具体变压器安全运行的影响有待评估，并且因为决定地中直流分布的因素比较复杂，串入的阻抗值难以事先确定，影响限制中性点直流的效果。对已投运并存在一定缺陷的变压器，这种在中性点与地之间串入阻抗，限制直流电流的方法尤其不适合，因为变压器中性点电位的升高会进一步对变压器的安全运行带来不利影响。
本发明人根据两组500kV、750MVA大型变压器在强直流偏磁下，噪声和振动严重超标和油中色谱分析表明变压器内部存在缺陷的实际情况，提出反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法，经过现场的实际工程实施，表明该方法安全可靠，接线简单，抵消变压器直流偏磁的效果明显。
发明内容
本发明的目的是在变压器中性点和变电所外的一个独立的补偿接地极间，利用直流发生装置向变压器中性点注入反向直流，达到抵消并限制变压器中性点直流电流的目的。
本发明是采取以下的技术方案来实现的反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法，其步骤如下(1)在变电所外选择一个独立的补偿接地极；(2)将直流发生装置的“地”端与独立的补偿接地极连接、直流发生装置的“输出”端与变压器接地的中性点连接；(3)变压器中性点直流电流监测装置测量变压器中性点直流电流，获得中性点直流电流值和方向；(4)直流发生装置的控制器自动启动直流发生装置向变压器中性点注入与直流偏磁相反的电流。
前述的反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法，其特征在于其中直流发生装置向变压器中性点注入的反向直流是可方便调节的反向直流。
前述的反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法，其特征在于当电力系统发生接地故障时，变电所接地网与变电所外独立补偿接地极间存在电位差，在直流发生装置与变压器中性点间串入限流电抗器。
本发明的原理具体叙述如下(1)技术方案的第一部分不改变变压器中性点的原有接地回路，在原有中性点与地间不增加任何阻抗，仅在变压器中性点与“地”间注入反向直流电流，安全可靠，达到限制变压器中性点直流电流的目的。500kV电网是大电流接地系统，要求变压器的中性点直接接地，因此中性点的绝缘水平远较500kV首端低，大约仅为首端绝缘水平的五分之一左右。如果为了限制变压器中性点的直流电流，将变压器中性点与地断开，串入电阻或电容，在电网发生短路故障或变压器遭受外部高电压作用时，将导致变压器中性点电压升高，是否超过变压器中性点实际能承受的水平，应根据具体变压器绝缘状况及其中性点的绝缘水平予以评估。同时，已运行多年的变压器，内部的绝缘状况会有一定下降。因此就变压器自身的安全考虑，采用反向电流法是合适的。此外，由于地中电流分布的复杂性，中性点串入阻抗方法的效果难以事先确定，是这种方法的另一个缺点。
(2)技术方案的第二部分在变压器中性点和变电所外的一个独立的补偿接地极间，利用直流发生装置向变压器中性点注入可方便调节的反向直流，起到限制直流偏磁的作用。直流发生器的电源取自变电所400V所内电源，经调压器向硅整流供电，滤波后，向变压器中性点注入反向电流。直流发生装置的控制器接受“变压器中性点电流监测装置”的信号，根据变压器直流偏磁电流的方向和幅值，自动控制直流发生装置输出电流的方向和幅值，使变压器中性点的剩余直流电流小于变压器允许的数值。同样，当直流输电的直流偏磁减小或消失后，控制器将自动控制直流发生器的输出电流减小或完全为零。该直流发生装置对变压器中性点直流偏磁的抵消是“欠补偿”，以便在直流输电的直流偏磁突然消失后，直流发生装置形成的中性点电流不会给变压器带来更严重的直流偏磁。
(3)技术方案的第三部分在变电所外选择独立补偿接地极的合适位置，并取得注入变压器中性点直流电流的较高效率。理论上讲，该补偿接地极应离变电所较远的地方，以减小补偿接地极与变电所地网间的直接分流。但距离越远，所需的费用通常也越高。因此，选择补偿接地极的合适位置，并取得注入变压器中性点直流电流的较高效率成为实施本发明方法的关键问题之一。本方法通过变电所周围不同位置安放补偿接地极的注入电流测试，寻找到距离变电所近，可安放补偿接地极，且注入中性点电流效率较高的合适位置。
(4)技术方案的第四部分当电力系统发生接地故障时，变电所接地网与变电所外独立补偿接地极间存在电位差，在直流发生装置与变压器中性点间串入限流电抗器，保护直流发生装置不损坏。电力系统发生接地故障时，接地的变压器中性点流过部分短路电流，导致变压器中性点电位升高，可能引起中性点与补偿接地极间发生较高的电流。为降低该电流至直流发生装置硅整流元件允许的范围，串入限流电抗器。限流电抗器的阻抗值，取决于变电所地网的电位升高和硅整流允许电流值。此外，该电抗器的结构，要考虑在流过直流电流的同时，叠加交流电流。
反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法，不改变变压器中性点的原有接地状态，仅在变压器中性点与“地”间注入反向直流电流，安全可靠，且通过调整注入中性点反向直流的幅值，容易取得限制中性点直流的良好效果。
图1是本发明反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法的接线图；其中电网(1)、变压器(2)、限流电抗器(3)、直流发生装置(4)、变电所接地网(5)和补偿接地极(6)。
具体实施例方式
如图1所示的本发明反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法的接线图；选择武南变电所的500kV、750MVA大型变压器作工程实施对象。
首先进行工程实施前的小电流试验通过变电所周围不同位置安放补偿接地极的注入电流测试，寻找到距离变电所约300m处，安放临时补偿接地极和引线，并使用简易硅整流器，结合直流输电的单极对地运行产生强烈直流偏磁情况，进行了小电流抵消直流偏磁的短时试验，试验结果如表1所示。当中性点不注入反向电流时，武南3号和4号变压器中性点的直流偏磁电流分别高达12.2A和12.1A。在3号变压器中性点与临时补偿接地极间注入30A电流后，两组变压器的中性点电流分别下降4.6A和2.1A，变压器中性点注入反向电流的效率约为22％ 同时，3号变压器的噪声和振动均下降，说明抵消偏磁是起作用的。
表1 小电流抵消武南变压器直流偏磁试验数据
注直流电流采用直流钳形电流表测量。
本实施例步骤如下(1)补偿接地极位于武南变电所大门外300m处，该接地极埋于地下，地上仍可作其他用途。补偿接地极实测的接地电阻为0.98欧。
(2)武南两组变压器共设两套直流发生装置，两套装置并联运行并可相互备用。直流发生装置的室外设备放于3号主变南侧靠围墙的地方，每套直流发生装置分装在两个“葙式变”的箱内。限流电抗器放于“箱式变”旁，露天布置。两套直流发生装置设一共用的室内控制器，室内控制器置于控制室的继电器室。
(3)直流监测装置的电流互感器和电光转换元件位于室外。直流电流的光信号通过光缆传输至控制室的计算机显示并转发给直流发生装置的控制器。
(4)补偿接地极、直流发生装置和变压器中性点间的一次导线全部采用铜芯电缆，地下敷设。
(5)变压器中性点注入反向直流装置的实际投运取得成功该装置经现场系统调试正式投入运行，可根据直流输电发生单极对地运行引起变压器直流偏磁的情况，自动向变压器中性点注入反向直流电流。
至今共有四次，每次持续运行时间超过10小时的直流输电发生单极对地大负荷(1500MW)运行的情况，该装置均及时输出反向直流电流，运行正常。直流输电单极对地的运行方式，立即引起武南两台500kV主变压器强烈直流偏磁，变压器中性点注入反向直流装置发出报警，并显示3号和4号变压器中性点的直流偏磁电流分别为11A和13A。此时，变电所运行人员根据该装置的运行规程，汇报电网调度同意后，将控制屏的手动/自动操作的切换把手从“手动”切换至“自动”位置，装置自动输出反向直流电流，取得抵消变压器直流偏磁的良好效果。装置控制器显示的数据及变压器中性点实测的数据如表2所示。
表2 测试数据
根据在直流输电单极对地运行同样负荷(1500MW)下，武南两组500kV变压器中性点的总直流偏磁电流为24A和表2所示的两台变压器中性点的剩余电流为2.6A(＝0.4A+2.2A)计算，该中性点注入反向直流电流装置注入变压器中性点的总电流为21.4A(＝24A-2.6A)，注入变压器中性点的电流效率约为25％(＝21.4/(42.5+43.8))，与预期值相符，达到了该装置的技术要求。
与此同时，测试变压器的噪声和振动均明显下降，并符合订货合同和制造厂的允许值，如表3所示。
综上所述，反向电流法限制变压器中性点直流电流，取得了抵消变压器直流偏磁，确保变压器安全运行的良好效果。
表3 变压器在不同状态下的噪声和振动测试值
上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法，其步骤如下(1)在变电所外选择一个独立的补偿接地极；(2)将直流发生装置的“地”端与独立的补偿接地极连接、直流发生装置的“输出”端与变压器接地的中性点连接；(3)变压器中性点直流电流监测装置测量变压器中性点直流电流，获得中性点直流电流值和方向；(4)直流发生装置的控制器自动启动直流发生装置向变压器中性点注入与直流偏磁相反的电流。
2.根据权利要求1所述的反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法，其特征在于其中直流发生装置向变压器中性点注入的反向直流是可方便调节的反向直流。
3.根据权利要求1所述的反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法，其特征在于当电力系统发生接地故障时，变电所接地网与变电所外独立补偿接地极间存在电位差，在直流发生装置与变压器中性点间串入限流电抗器。
全文摘要
本发明为一种用反向电流法限制变压器中性点直流电流的方法。直流输电以单极大地回线的运行方式下，交流电网变压器中性点流进大量直流电流引起直流偏磁。变压器直流偏磁导致变压器噪声、振动和温升的增加，影响安全运行。本发明使用直流电流发生装置，在变压器中性点注入反向直流电流，抵消变压器的直流偏磁，消除直流偏磁对变压器安全运行的影响。该方法不改动变压器的原有接线，接线简单，易实施，安全可靠且抵消直流偏磁的效果明显。
文档编号H02H7/04GK1625010SQ200410066190
公开日2005年6月8日 申请日期2004年12月10日 优先权日2004年12月10日
发明者蒯狄正, 刘成民, 万达, 卞超, 王红星, 韦海荣 申请人:江苏省电力科学研究院有限公司