浅析500kV变压器直流偏磁产生原因及抑制措施.docVIP

浅析500kV变压器直流偏磁产生原因及抑制措施 　　摘 要：在当前直流输电系统迅猛发展形势下，输电容量持续增长，输电距离日益增加，直流偏磁变电站500主变压器的影响也在持续恶化。文章在阐述了500kV变压器直流偏磁产生原因和机制的基础上，对500kV变压器直流偏磁潜在威胁和抑制措施进行了分析。 　　关键词：500kV变压器；直流偏磁；影响；措施 　　1 概述 　　电力系统中直流输电系统以输送容量大、距离长、损耗小等优点在国内得到广泛实施。但是，当直流输电系统产生故障或事故时，直流输电系统将会按照大地回流方式（包括单极大地回线方式及双极不平衡方式）运行，甚至会有高达数千安的直流电流流过的可能，在直流输电系统产生故障的交流电网中，就会存在直流电流从接地的中性点流入500kV变压器后，继续经由输电线路输送向远方，给500kV变压器本身和交流电网系统的安全稳定运行造成恶劣影响[1]。 　　2 500kV变压器直流偏磁产生原因解析 　　500kV电力变压器的磁动势和磁通出现直流分量导致变压器铁心半周磁饱和，以及由此引起的一系列电磁效应的现象称为“直流偏磁”。由于500kV电力变压器的原边等效阻抗对直流分量仅表现出电阻性质，而且很小。由此就导致了微小的直流分量就会在电力绕组中形成较大的直流激磁磁势，并与交流磁势一起作用于500kV电力变压器原边，导致500kV电力变压器铁心的工作磁化曲线发生明显偏移，出现关于原点不对称，即变压器偏磁现象。 　　以下两种原因可能会引起在线运行的500kV电力变压器绕组内产生较大的直流原因： 　　2.1 太阳活动产生的地磁“风暴” 　　地磁场与太阳等离子风的活动相互影响产生地磁“风暴”，地球表面将由于地磁场的活动产生电位梯度，地磁风暴及地面电导率的严重程度决定了其大小，当中性点接地的500kV电力变压器时受到低频、具有一定持续时间的电场作用时，就会产生频率在0.01～1Hz之间的地磁感应电流（可近似看成直流）。它持续时间短，但值较大。 　　2.2 单极运行方式 　　交流与直流输电线路的并行运行和交流网络中存在的不对称的负载。由于可以利用大地作为导体，省去一根导线的成本，所以直流输电系统中单极运行方式较为普遍。但是，如果换流站距离交流输电系统变电站中的500kV电力变压器不远，加之地下长期有大的直流电流而在其换流站周围一定区域中会产生地表电流，就会与其并行运行的500kV电力变压器产生干扰，导致通过500kV电力交流变压器的接地中性点在500kV电力交流变压器的励磁电流中产生直流分量。它持续时间较长，但值较小。 　　3 直流偏磁对变压器产生的危害 　　3.1 500kV电力变压器噪声和振动加剧 　　当500kV电力变压器发生直流偏磁时，由于变压器磁滞伸缩，导致变压器铁心的伸缩，进一步造成噪声增大，其噪声包含的谐波分量中某一分量与变压器构件发生共振时，噪声将进一步加剧，就会产生变压器内部绝缘受损和零件松动的危险，出现不同程度的铁心柱弯曲、铁心绑带松脱等严重问题。特别是当两台500kV电力变压器铁心柱严重弯曲和铁心片叠片串片时，造成绕组内部短路，就只能返厂维修。同时从环境保护角度考虑，当500kV电力变压器噪音过大，会引起变电站周围社区群众抱怨、恐慌等恶劣社会影响。 　　3.2 电压波形发生畸变 　　500kV电力变压器铁心发生直流偏磁严重时铁心可能工作在饱和区，导致变压器漏磁通增加，进一步造成电压波形发生畸变。 　　3.3 产生谐波，引发爆炸事故 　　500kV电力变压器正负半波对称的周期性励磁电流中应该只包含奇次谐波，但是在直流偏磁的作用的下，导致半波深度饱和的变压器励磁电流中出现了偶次谐波分量。此时，500kV电力变压器成了交流系统中的谐波源，严重威胁电补偿电容器组的安全稳定运行，同时由于谐波电流严重超标，还有可能造成爆炸事故[2]。 　　3.4 500kV电力变压器无功损耗增加 　　当直流偏磁引起变压器发生饱和现象，励磁电流将会大幅增加，使500kV电力变压器无功损耗明显增加，它可造成电力系统电压下降，严重时可致使整个电网崩溃。 　　3.5 继电保护系统故障 　　500kV电力变压器直流偏磁会导致波形严重畸变，畸变率较大，会造成部分或全部继电保护装置不能正确实时动作，其产生的3、6、9次等谐波很大程度上会造成零序电压或零序电流启动的继电保护装置误动。 　　4 直流偏磁抑制措施 　　近年来，已经展开众多围绕超高压直流输电系统单极大地回路运行时产生的大地电流对交流电网中性点接地变压器的影响方面的研究，其中包括500kV电力变压器直流偏磁研究和大地电流对交流电网影响计算方法以及限制变压器中性点直流电流方法和工程应用的研究。 　　与此同时在线监测变压器直流偏磁技术及